Real-Time Ray Tracing 1

实时光线追踪和实时全局光照都是光线弹射两次，实时光线追踪在一个像素上只采样一次，即只有一根光线穿过一个像素打到场景内(1SPP)，在打到第一个地方叫primary hitpoint，然后从这点向光源连线，判断它是否在阴影内。然后就是从primary hitpoint弹射到另一个物体表面，这一点叫secondary hitpoint，再从这点连向光源判断是否在阴影内。

 

这里的光线从像素到场景内第一个交点时，用了光栅化来代替，因为光栅化就是一次光线的弹射。

 但是由于是1SPP，所以会有非常高的噪声，所以实时光线追踪的主要技术就是降噪。

工业做法是滤波，其核心思想是：假设前一帧是做好滤波处理的，这里使用了motion vectors的概念，motion vectors能够找到当前帧某个点在上一帧的位置，然后使用上一帧所滤波好的结果。

 

 

 The G-Buffers：Geometry buffer，可以很容易的获得像素对应深度、法向量、世界坐标，这是在屏幕空间下。

 

 

 Back Projection：在当前这一帧某个像素所对应场景内的点，获得前一帧这个点所对应的像素。

 

 有两种方法：第一种方法是用G-buffer，可以很容易的得到在某个点的空间坐标，如果物体是在运动，也需要算出前一帧物体上那个点的坐标，然后MVPE计算出在屏幕上的坐标，还有一个就是MVPE的逆变化算出空间坐标，然后再用MVPE计算出在屏幕上的坐标。当然G-buffer会更加容易。

 

 

字母头上的 ~代表没有滤波，-代表还没有滤波，在得到motion vector后，用前一帧和当前帧的滤波做线性求和，就是当前帧最后的滤波结果。当前帧自己也会滤波，但再怎么滤波，由于是1SPP，效果都会非常差，所以上一帧的滤波结果占了大部分比例。但如果是运动中的物体，也会有问题。

 

 

 但是会有一些问题，比如场景切换问题，这样上一帧就不能用到当前帧了。

 

 

当摄像机在往后运动，会有更多的场景进入视线范围内。这样的话前一帧就是空白的。

 

 

在下图中，左边是上一帧，右边是当前帧，箱子被推向左边，是在运动的。图中蓝色点在后面的一个白色物体上面，通过motion vector可计算出在上一帧的位置，但上一帧中这个位置却在箱子上，后面的白色物体被遮挡了。这是如果使用上一帧的滤波来处理就会发生问题。

 

 如果忽略这问题，依然使用上一帧来放到下一帧中，上一帧占到90%左右，这时箱子的表面就会留到后面的白色物体上，也就是留下残影。

 

 有两种调整方案：Clamping，以上面的例子，它是把上一帧的箱子向蓝色点拉近，然后再进行线性计算。

Detection，通过motion vector计算出当前帧位置和前一帧所在位置不是同一个物体时，就可以不用前一帧了，但这样会有高噪声的问题，因为只有当前帧的滤波了。