18 Advanced Topics in Rendering

Advanced Light Transport

Unbiased light transport methods

Bidirectional Path Tracing (BDPT)

生成两个子路径，分别从光源和摄像机出发光线，并将两者断电连接起来。

Metropolis Light Transport (MLT)

  • 用马尔可夫链生成样本，给一条路径，生成一系列相似的路径。被积函数和pdf形状一致的时候variance最小。(马尔可夫链可以用任何函数生成样本)
  • 适用于局部取样、复杂光路、焦散、SDS(Specular-Diffuse-Specular)
  • 缺点是收敛速度问题不清楚、有些像素收敛快，有的慢

Biased light transport method

Photon Mapping

  • caustics(焦散)，
  • Step 1 Photon Tracing 光子一直跑，知道遇到diffuse的地方
  • Step 2 photon collecting 从视角跑，直到遇到diffuse的地方
  • Step 3 Calculation - local density estimate
  • 效果：光子少很多噪声，但是光子多的时候有模糊。办法是减小单位测量面积( $dA\rightarrow \Delta A$ )，增大光子数量。（一致，但是有偏）
  • biased: blurry , consistent: not blurry with infinity

Vertex Connection and Merging (VCM)

结合双向路径追踪和光子映射。

Instant Radiosity (IR)

  • 实时辐射度。应用虚拟点光源（VPL）算法
  • 优点是快，而且适用于diffuse的表面。
  • 缺点是有的个别点特别亮，而且不能用glossy的表面

Advanced Appearance Modeling

Non-surface models 非表面模型

Participating media 散射介质

云层中的冰晶。散射取决于Phase Function（类似于BRDF）

Hair Appearance 毛发

  • 最开始的Kajiya-Kay Model
  • 发展出Marschner Model，把头发分内外两层，R、TT、TRT三种光的作用
  • 人和动物的毛发不一样：动物髓质更大，Yan Model。增加了TTs、TRTs

Granular Material 颗粒材质，谷物、沙子、糖盐等

解决方案是几种颗粒混合在一起

Surface Models 表面模型

Translucent Material 半透明材料

  • 玉石、水母等等
  • Subsurface Scattering 次表面散射，BRDF延伸BSSRDF，增加了从哪个点出去的光的项
  • 可以认为物体表面和里面各出现了两个光源（Dipole）
  • BSSRDF很牛

Cloth 布料

  • Fyber -> Ply -> Yarn -> Woven or knitted to cloth
  • 当成物体表面
  • 当成云（肺表面散射介质）渲染
  • 当成头发渲染

Procedural Appearance

3D纹理-噪声生成柏林噪声等等