光線追蹤算法匯總

1、隨機(jī)采樣

在基本光線追蹤算法中，只追蹤有限數(shù)目的光線。這是一個(gè)采樣過程(sampling process)。

采樣有很多種方法：

a、均勻采樣

舉例：根據(jù)給定的區(qū)間繪制數(shù)學(xué)函數(shù)。

將區(qū)間劃分為許多小的寬度一致的小區(qū)間，在小區(qū)間的中點(diǎn)處計(jì)算函數(shù)的值，最終將這些點(diǎn)平滑連接出來。

在小區(qū)間數(shù)目很少的情況下，均勻采樣可能會(huì)得到錯(cuò)誤的結(jié)果。

b、隨機(jī)采樣

使用隨機(jī)間隔寬度代替統(tǒng)一間隔寬度。

可以使用隨機(jī)采樣繪制平滑的陰影；繪制模糊的反射和折射；考慮景深；考慮運(yùn)動(dòng)模糊。

2、路徑追蹤

路徑追蹤算法考慮了全局光照問題。之前的光線追蹤只考慮了四種類型的光線，沒有哪一條光線考慮了物體之間的作用。

通過追蹤交點(diǎn)周圍所有路徑的光線來計(jì)算間接光照，為了避免無限渲染次數(shù)，所有的可能光線路徑使用隨機(jī)采樣。這種方法的光線分布通常是半球形，中心點(diǎn)是交點(diǎn)。

渲染有天空光的戶外場(chǎng)景中，路徑追蹤算法非常有效率。因?yàn)檫@種場(chǎng)景下光變化的頻率不大，也就是說，采樣的函數(shù)值變化不大，小規(guī)模的采樣依然可以得到很好的效果。

雙向(Bidirectional)路徑追蹤額外追蹤了發(fā)自光源的光線，減少了路徑追蹤的采樣次數(shù)。

3、光子映射(photon mapping)

兩通道算法，考慮了全局光照和物體之間的反射，實(shí)現(xiàn)了caustics effect。

Pass 1-創(chuàng)建photon map

光線(光子)從光源開始追蹤，光子攜帶從光源散發(fā)的一部分能量。

當(dāng)光子在場(chǎng)景中傳播時(shí)，可能被反射、穿透、吸收。

當(dāng)光子擊中漫反射表面時(shí)，使用map存儲(chǔ)射進(jìn)的能量。

photon map以k-d tree數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。

Pass 2-渲染階段

使用光線追蹤算法。在交點(diǎn)處，使用存儲(chǔ)在map中的信息去估計(jì)光照度。