非实时射线跟踪

Question

我玩过实时射线追踪(和射线行进等)相当多，但没有花那么多的时间在非实时射线跟踪-更高质量的图像或预渲染视频等。

我知道在非实时情况下提高图像质量的一种常见技术就是在每个像素上投出更多的射线，并对结果进行平均处理。

在非实时情况下，是否有任何其他技术可以作为提高图像质量的好方法，而不是你通常在实时情况下所做的？

Answer 1

路径跟踪是非实时照片真实感绘制中的标准技术，您应该特别关注双向路径跟踪来获得像焦散这样的效果，而这种效果并不是基本路径跟踪所能得到的。双向路径跟踪也更快地收敛到地面真相，如下图所示：

另外，都市光运输 (MLT)是一种更先进的路径跟踪技术，它通过改变现有的“好”路径来更快地收敛到实际情况：

你也可以使用更重要的抽样，通过聚焦更多的射线到更重要的方向，以加快收敛速度。也就是说，通过聚焦基于BRDF的射线(更多地聚焦到BRDF峰值，使用概率密度函数)或聚焦到光源，或者利用两个世界中的最佳条件，并使用多重重要抽样。

这一切都是为了以公正的方式减少噪音。还有去噪技术来进一步降低渲染图像中的噪声。

我认为，在研究更先进的技术之前，最好先实现基本的蛮力蒙特卡罗路径跟踪器，作为无偏的参考。很容易犯错误并引入不被注意到的偏差，所以简单的实现是很好的参考。

通过将路径跟踪应用于参与的媒体，您也可以获得一些非常好的结果，但是速度非常慢:D

Answer 2

其中一个大的问题是使用构造实体几何而不是三角形网格。射线-三角形交点比几乎任何其他射线形状的交点都要快，但要逼近圆柱体或圆环的表面需要大量的三角形，更不用说一些真正奇异的形状，如julia分形或一些渲染器支持的广义参数函数。

另一个是渲染时间光子映射和漫射互反射计算的使用:这可以让你在一个变化的场景中获得精确的照明效果。在实时射线跟踪中，这些计算成本太高，因此无论是光源还是主要的几何元素都必须是静止的(以允许预计算)，或者完全忽略这些影响。

Answer 3

尽管我写这篇文章时不知道蒙特卡罗路径跟踪，但我不小心描述了它。具有讽刺意味的是，蒙特卡罗路径追踪是我当时正在寻找的答案。

朴素的蒙特卡罗路径追踪是通过计算所谓的渲染方程来数值求解像素的颜色值来完成的。它通过在像素内随机抖动(有更好的采样策略和滤波：使用像素内的多个随机样本进行抗混叠的基本推理是什么？)以及当射线击中表面时在随机方向上弹跳来获取随机样本。

它可能需要大量的样本才能给你带来好的结果，如果没有足够的样本，你的图像就会看起来很嘈杂。它需要4倍的样本，以减少一半的噪音。渲染时间可以在一个小时左右使用8个现代CPU核心的一个简单的场景。

有更先进的蒙特卡罗路径跟踪技术，可以让你更快地得到更好的图像，如重要性采样，或去噪图像后，它被渲染。

蒙特卡罗路径跟踪可以使照片真实感的图像，并给你许多先进的渲染特征，仅仅是因为它遵循物理规律，所以给出现实的结果。

你可以在这里读到更多关于它的信息：http://blog.demofox.org/2016/09/21/path-tracing-getting-started-with-diffuse-and-emissive/

下面是一个示例映像，它使用我的所有8个cpu核心渲染了大约一个小时：