用戶:涼拌茶葉/路徑追蹤
路徑追蹤是一種用於展現真實的全局光照的，基於蒙特卡羅方法的光線追蹤渲染算法。路徑追蹤算法對射向物體表面上一點的每一光照樣本按照BRDF進行衰減，並進行蒙特卡羅積分。該過程遞歸地應用於輸出圖像的每一個像素。若使用物理上精確的物體模型，光源模型（如燈泡），以及光學上精確相機，路徑追蹤算法將能生成出有照片真實感的圖像。
路徑追蹤自然的模擬了許多其他方法（如光線投射算法和掃描線渲染）上需要進行專門處理的效果（如軟陰影，景深，動態模糊，焦散，環境光遮蔽，以及間接光照）。體素路徑追蹤算法是路徑追蹤的一種擴展，該算法考慮了場景中光線的散射。由於其精確且無偏的特點，路徑追蹤算法也被應用於產生用於測試其他渲染算法的參考圖像。
要用路徑追蹤算法來得到高質量的圖像，必須追蹤大量的光線來避免留下可見的噪點。
歷史
1986年，吉姆·卡吉雅提出了渲染方程。之後，路徑追蹤被作為渲染方程的一種數值解法被引入。十年後，Lafortune又提出了包括雙線性追蹤的一系列優化方法。
1997年，Eric Veach和Leonidas J. Guibas提出了梅特波利斯光照傳輸算法，能夠利用已經發現的光路來提升複雜場景的渲染效果和性能。
之後，CPU和GPU性能的不斷提升推廣了路徑追蹤算法的應用。Tim Purcell首先於2002年實現基於GPU的全局光照算法。2009年2月，英偉達的Austin Robison展示了首個基於GPU的商業路徑追蹤渲染器。在這之後，又有更多的此類實現發佈。這應該歸功於日益成熟的GPGPU工具鏈，如CUDA和OpenCL，以及GPU光線追蹤SDK，如OptiX。
路徑追蹤正在電影工業中扮演着日益重要的角色。早期運用CG技術的電影依賴於掃描線渲染來產生特效和動畫。1998年，藍天工作室製作了動畫短片《棕兔夫人》並贏得了奧斯卡獎。影片由藍天工作室專有的CGI Studio渲染，展示了軟陰影和間接光照特效。2006年，索尼圖像工作室製作了《怪獸屋》，這時首部完全使用路徑追蹤技術渲染的動畫電影，由商業渲染器Arnold進行渲染。從2014年的《超能陸戰隊》起，華特迪士尼動畫工作室開始使用其專有的路徑追蹤渲染器Hypersion進行電影製作。皮克斯動畫工作室也在其商業渲染器RenderMan中採用了路徑追蹤技術。
Notes
- ^ Kajiya, J. T. The rendering equation. Proceedings of the 13th annual conference on Computer graphics and interactive techniques. ACM. 1986. CiteSeerX 10.1.1.63.1402
. - ^ Lafortune, E, Mathematical Models and Monte Carlo Algorithms for Physically Based Rendering, (PhD thesis), 1996.
- ^ Purcell, T J; Buck, I; Mark, W; and Hanrahan, P, "Ray Tracing on Programmable Graphics Hardware", Proc. SIGGRAPH 2002, 703 – 712. See also Purcell, T, Ray tracing on a stream processor (PhD thesis), 2004.
- ^ Robison, Austin, "Interactive Ray Tracing on the GPU and NVIRT Overview", slide 37, I3D 2009.
- ^ Vray demo; Other examples include Octane Render, Arion, and Luxrender.
