Raytracing не в реальном времени

Я немного поиграл с трассировкой лучей в реальном времени (и лучевой трассировкой и т. Д.), Но не тратил так много времени на трассировку лучей не в реальном времени - для изображений более высокого качества или для предварительного рендеринга видео и тому подобного.

Я знаю одну распространенную технику для улучшения качества изображения в случае не в реальном времени, это просто навести ОЧЕНЬ больше лучей на пиксель и усреднить результаты.

Существуют ли другие методы, которые являются хорошими способами улучшить качество изображения в случае не в реальном времени, по сравнению с тем, что вы обычно делаете в случае в реальном времени?

Трассировка пути - это стандартная техника фотореалистичного рендеринга не в реальном времени, и вам следует обратить особое внимание на двунаправленную трассировку пути, чтобы получить такие эффекты, как каустика, которых вы не можете получить при базовой трассировке пути. Двунаправленная трассировка путей также быстрее сходится к наземной истине, как показано на изображении ниже: Кроме того, светопередача Metropolis (MLT) является более продвинутой техникой трассировки путей, которая еще быстрее сходится к наземной истине, изменяя существующие «хорошие» пути:

Вы также можете использовать выборку по важности для более быстрой сходимости, фокусируя больше лучей в направлениях, которые имеют большее значение. То есть путем фокусировки лучей на основе BRDF (больше в сторону всплеска BRDF с использованием функции плотности вероятности) или на источник света, либо выберите лучшее из двух миров и используйте выборку с множеством важных значений. Это все о снижении шума непредвзято. Существуют также методы шумоподавления для дальнейшего снижения шума на визуализированных изображениях.

Я думаю, что лучше всего сначала внедрить базовый метод трассировки Монте-Карло методом грубой силы, чтобы он служил беспристрастным ориентиром, прежде чем изучать более продвинутые методы. Совершенно легко делать ошибки и вводить смещение, которое остается незамеченным, поэтому иметь простую реализацию полезно иметь для справки.

Вы также можете получить некоторые действительно хорошие результаты, применяя трассировку пути к участвующим медиа, но это очень медленно работает: D

Одним из главных является использование конструктивной геометрии твердого тела, а не треугольных сеток. Пересечение лучей и треугольников происходит быстрее, чем практически любое пересечение в форме лучей, но для аппроксимации поверхности цилиндра или тора требуется огромное количество треугольников, не говоря уже о некоторых действительно экзотических формах, таких как фракталы Юлии или обобщенные параметрические функции, которые поддержка некоторых рендереров.

Другой пример является использование визуализации времени отображения фотонов и диффузного interreflection вычислений: это позволяет получить точные световые эффекты в изменяющейся сцене. При трассировке лучей в реальном времени они слишком дороги для вычисления, поэтому либо источники света и основные геометрические элементы вынуждены оставаться стационарными (для обеспечения предварительного расчета), либо эффекты полностью исключаются.

Хотя я не знал о трассировке Монте-Карло, когда писал это, я случайно описал это. По иронии судьбы, трасса Монте-Карло - это ответ, который я искал в то время.

Наивное отслеживание пути Монте-Карло работает путем оценки того, что называется уравнением рендеринга, для численного решения цветового значения пикселя. Он отбирает случайные выборки путем случайного дрожания в пикселе (есть лучшие стратегии выборки и фильтрация: какова основная причина сглаживания при использовании нескольких случайных выборок в пикселе? ), А также путем отскока в случайных направлениях, когда луч попадает на поверхность ,

Для получения хороших результатов может потребоваться много образцов, и при недостаточном количестве образцов ваше изображение будет выглядеть шумным. Требуется в 4 раза больше образцов, чтобы уменьшить шум пополам. Время рендеринга может составлять порядка часа с использованием 8 современных процессорных ядер для простой сцены.

Существуют более продвинутые методы отслеживания пути Монте-Карло, которые позволяют быстрее получать более качественные изображения, такие как выборка по важности или шумоподавление изображения после его рендеринга.

Трассировка по методу Монте-Карло может создавать фотореалистичные изображения и дает вам много продвинутых функций рендеринга только потому, что она соответствует физическим законам, что дает реалистичные результаты.

Вы можете прочитать больше об этом здесь: http://blog.demofox.org/2016/09/21/path-tracing-getting-started-with-diffuse-and-emissive/

Вот пример изображения, на рендеринг которого использовались все 8 ядер моего процессора: около часа: