光線追蹤算法匯總

1、隨機采樣

在基本光線追蹤算法中，只追蹤有限數目的光線。這是一個采樣過程(sampling process)。

采樣有很多種方法：

a、均勻采樣

舉例：根據給定的區間繪制數學函數。

將區間劃分為許多小的寬度一致的小區間，在小區間的中點處計算函數的值，最終將這些點平滑連接出來。

在小區間數目很少的情況下，均勻采樣可能會得到錯誤的結果。

b、隨機采樣

使用隨機間隔寬度代替統一間隔寬度。

可以使用隨機采樣繪制平滑的陰影；繪制模糊的反射和折射；考慮景深；考慮運動模糊。

2、路徑追蹤

路徑追蹤算法考慮了全局光照問題。之前的光線追蹤只考慮了四種類型的光線，沒有哪一條光線考慮了物體之間的作用。

通過追蹤交點周圍所有路徑的光線來計算間接光照，為了避免無限渲染次數，所有的可能光線路徑使用隨機采樣。這種方法的光線分布通常是半球形，中心點是交點。

渲染有天空光的戶外場景中，路徑追蹤算法非常有效率。因為這種場景下光變化的頻率不大，也就是說，采樣的函數值變化不大，小規模的采樣依然可以得到很好的效果。

雙向(Bidirectional)路徑追蹤額外追蹤了發自光源的光線，減少了路徑追蹤的采樣次數。

3、光子映射(photon mapping)

兩通道算法，考慮了全局光照和物體之間的反射，實現了caustics effect。

Pass 1-創建photon map

光線(光子)從光源開始追蹤，光子攜帶從光源散發的一部分能量。

當光子在場景中傳播時，可能被反射、穿透、吸收。

當光子擊中漫反射表面時，使用map存儲射進的能量。

photon map以k-d tree數據結構實現。

Pass 2-渲染階段

使用光線追蹤算法。在交點處，使用存儲在map中的信息去估計光照度。