Lecture18_渲染前沿话题（Advanced Topics in Rendering）_GAMES101 课堂笔记

上节课内容回顾：Lecture17_材料与应用（Materials and Appearances）

本节课内容主要分为两个部分讲解 “Advanced Topic in Rendering”

第一部分：高级光线传播

首先看光传播前沿内容总览：

一、无偏的光线传播方法

有偏和无偏定义及区别：

（一）双向路线追踪（BDPT）

从光源、照相机分别发出路径，再对两条半路路径进行双向连接：

适用场景及缺点：

（二）Metropolis 光传播（MLT）

Metropolis是人名，国内相关文献翻译翻译为 大都市光线传播，不准确。

定义：

马尔科夫链：当前有一个样本，生成与其详尽的下一个样本。 ==> “产生更多的样本”

适用场景及效果：

MLT缺点：

二、有偏的光线传播方法

（一）Photon mapping

定义：

caustics 是指有光线聚焦产生的图案，国内有的翻译为“焦散”是不准确的。因为没有发生“散射”的过程。

步骤：


Poton Mapping（光子映射）小结：

why biased?

因为是\(\Delta N / \Delta A\)，\(\Delta A\) 是实际的面积，\(\Delta N\)是有限光子，与 \(dN / dA\) 并不能完全相等。所以是有偏的。

（二）顶点连接和合并（VCM）

Vertex Connection and Merging（简称VCM），在电影中被广泛应用。定义：

三、Instant radiosity（IR）

定义：

优点 & 缺点：

第二部分：复杂外观建模

一、非表面模型

（一）Participating media

所谓的是指雾、云等这类效果（材质）：

定义：
光线传播分为：吸收、散射。

Participating Media: Rendering

应用效果：

（二）Hair / fur / fiber（BCSDF）

1. Hair Appearance

看两张图即可发现，有的部分有高光区域。

高光类型：有色、无色。

• Kajiya-Kay Model
  
  Kajiya-Kay Model表现结果：
  

• Marschner Model
  
  Marschner Model原理：
  
  Marschner Model效果：
  

2. Fur Appearance

如果使用人发的材质模拟动物毛皮，效果并不好。如下图对比：

于是在人发的圆柱模型中，加入髓质，引入了“髓质模型（medulla）”。

medulla效果：

• Double Cylinder Model
  
  
  
  使用效果 ——《猩球大战》
  

（三）Granular material（颗粒材质）

可以模拟以下材质：

表现效果：

二、表面模型

（一）Translucent material（BSSRDF）

这种材质主要是一些类似玉、水母这种透明度的视觉效果，但又不能将其笼统称为半透明材质。效果如下：

反映到物理上：次表面散射（Subsurface Scattering）

散射函数定义：

Dipole Approximation [Jensen et al. 2001]
用两个光源近似次表面反射的效果。

BRDF vs BSSRDF效果：
BSSRDF渲染后更加圆润逼真：

BSSRDF： 对方向和面积均要积分。

（二）Cloth

cloth的原理：一股一股细绳编织缠绕而成，eg.下图：

cloth——对表面渲染：
给定编织模式，计算总体，使用BRDF 进行渲染：

效果：

（三）Detailed material（non-statical BRDF）

动机——计算机模拟的并不真实：
例如，下图是计算机模拟效果，很平滑。

但是，真实世界中的效果，会有类似磨痕一样的视觉效果。于是引入了Detailed material。

Racap : BRDF 微表面

Statistical NDF vs. Actual NDF

定义细节：

但是因为计算量太大，导致渲染时间太长：

逐个追踪单根光线，很多光线其实并没有实际作用。

于是solution——BRDF over a pixel

Recent Trend: Wave Optics

三、procedural appearance

通过加入噪声函数，在没有材质的情况下定义细节，例如下图：

复杂的噪声函数，酷炫的应用效果：

由于时间原因，很多细节没有展开细讲。主要是梳理了PPT的脉络。若出现内容等其他问题，欢迎斧正交流。