概率论 概率
期望= ∑(概率*值) PDF (概率密度函数) 概率密度函数:p(x)在数学中,连续型随机变量的概率密度函数(在不至于混淆时可以简称为密度函数)是一个描述这个随机变量的输出值,在某个确定的取值点附近的可能性的函数。也就是结果为某个值得可能性描述。 性质: p(x)概率密度函数积分为1. x*p(x)积分为期望
蒙特卡洛积分 在积分域内不断去采样,采样到y值,做很多次采样。对所有采样做平均。采样的次数越少,越不准,采样的次数越多,越准确。 在x采样,在x积分。采样和积分在一个域。
路径追踪,光线在场景中的传播,最终模拟出和真实世界一样的画面。
第一步:假设我们需要渲染一个像素,且只考虑直接光照(光源)的影响,应该怎么做呢? 渲染方程如下,不考虑自发光
L(颜色) = ∑ 每个方向(只考虑光源)过来的radiance * BRDF * (夹角的cos) 使用蒙特卡洛积分解决:
随机取一个方向,使用蒙特卡洛积分(对半球进行均匀采样)概率密度为1/2π 任何一个着色点,出射方向的Lo 着色算法(直接光照): 前提条件:只考虑直接光照 对于某个着色点p,向某一个方向wi发出一条光线,和光源做连线。 如果可以连到光源,那么计算该点在该方向上,收到光源光照的颜色。 Introducting Global Illumination(全局光照) 如果p在wi发出的一条线,没有打到光源,而是打到某个物体上,这一条光路对p点的颜色有什么影响呢? 答案是有影响,我们把p-wi光路交点q假设成一个光源,还可以用蒙特卡洛积分描述这条光路对p点颜色的影响。 结论:
对于一个着色点p,我们总是从p点某个方向发出一条光线,打到光源或者物体后,计算光源或者物体对p点颜色影响,公式如下: 那么,该点的颜色就是在0~2π区域内发出所有光线的积分 存在问题: 1.算量爆炸光线弹射次数爆炸指数爆炸 2.光线什么时候弹射停止,无限弹射?
**问题一:算量爆炸光线弹射次数爆炸指数爆炸 **
假设一个着色点,随机选择一个方向,只打出一个光线。N=1 也就是光线的弹射次数为1. 弹射次数为1,但是对于每一个像素会依然会有很多路径对该像素点着色,对所有路径的着色求平均,就是路径追踪。 对于一个像素,可以选择很多条路径,对于每一个像素的颜色,结果是N条路径给这个像素着色结果的平均。 问题二:递归什么时候停止 俄罗斯轮盘赌 对结果除以p,俄罗斯轮盘赌的期望还是Lo,所以说,俄罗斯轮盘赌是五偏的 路径追踪算法:(加入俄罗斯轮盘赌) 路径追踪算法:不同spp结果比较 对光源积分 第一个场景:发出5根光线打到光源 第二个场景:500 第三个场景:50000 所以其实我们路径追踪中有很多path是没有作用的,因为这个path最终回不到光源。 对光源积分,就需要对光源采样 对光源采样,需要对光源积分,我们之前的路径追踪是在立体角上积分。对于面光源来讲, pdf = 1 / A(面积),但是我们需要对光源积分,才能改写路径追踪的算法。 如何做转换 考虑dw(立体角)和dA(光源的表面)的关系,dA投影到半球上的面积,就是dw。
重写渲染方程: 其实就是积分的变量替换,将dw替换为dA,积分域从2π替换为面光源的面积A 重写路径追踪: 一个着色点的颜色: 1.光源的直接贡献(写为对光源积分) 2.非光源的贡献( 常规算法) 直接光照+间接光照 对光源进行采样,考虑遮挡 路径追踪和真实照片 截图和公式来源闫令琪老师games101课程 感谢闫令琪老师为我们带来这么精彩的图形学课程 https://www.bilibili.com/video/BV1X7411F744?p=16