光線(xiàn)追蹤精粹：基于DXR及其他API的高質(zhì)量實(shí)時(shí)渲染

目錄
**部分 光線(xiàn)追蹤基礎(chǔ)
第1章 光線(xiàn)追蹤術(shù)語(yǔ) 3
1.1 歷史回顧 3
1.2 定義 4
參考文獻(xiàn) 7
第2章 什么是光線(xiàn)？ 9
2.1 光線(xiàn)的數(shù)學(xué)表示 9
2.2 光線(xiàn)區(qū)間 10
2.3 DXR中的光線(xiàn) 11
2.4 小結(jié) 12
參考文獻(xiàn) 12
第3章 DirectX光線(xiàn)追蹤介紹 13
3.1 介紹 13
3.2 概述 13
3.3 準(zhǔn)備就緒 14
3.4 DirectX光線(xiàn)追蹤管線(xiàn) 14
3.5 HLSL針對(duì)DXR的新增支持 16
3.5.1 在HLSL中生成新的光線(xiàn) 17
3.5.2 在HLSL中控制光線(xiàn)遍歷 17
3.5.3 額外的HLSL內(nèi)部函數(shù) 18
3.6 一個(gè)簡(jiǎn)單的HLSL光線(xiàn)追蹤案例 19
3.7 主機(jī)端初始化DXR 20
3.8 基礎(chǔ)的DXR初始化和設(shè)置 21
3.8.1 幾何體和加速結(jié)構(gòu) 22
3.8.2 根簽名 25
3.8.3 編譯著色器 26
3.9 光線(xiàn)追蹤管線(xiàn)狀態(tài)對(duì)象（RTPSO） 27
3.10 著色器表 30
3.11 發(fā)射光線(xiàn) 32
3.12 挖掘更深和更多的資源 33
3.13 小結(jié) 33
參考文獻(xiàn) 34
第4章 天文館球幕相機(jī) 36
4.1 介紹 36
4.2 方法 36
4.2.1 從視口坐標(biāo)計(jì)算光線(xiàn)方向 38
4.2.2 環(huán)形立體投影 40
4.2.3 景深 42
4.2.4 抗鋸齒 43
4.3 天文館球幕投影的示例代碼 43
參考文獻(xiàn) 43
第5章 計(jì)算子數(shù)組的小值和值 45
5.1 動(dòng)機(jī) 45
5.2 整表查詢(xún)法 45
5.3 稀疏表查詢(xún)法 46
5.4 區(qū)間樹(shù)遞歸查詢(xún)法 47
5.5 區(qū)間樹(shù)迭代查詢(xún)法 48
5.6 結(jié)果 50
5.7 小結(jié) 51
參考文獻(xiàn) 51
第二部分 相交和效率
第6章 避免自相交的快速可靠的方法 55
6.1 引言 55
6.2 方法 55
6.2.1 計(jì)算物體表面上的交點(diǎn) 55
6.2.2 避免自相交 57
6.3 小結(jié) 60
參考文獻(xiàn) 61
第7章 光線(xiàn)/球體相交檢測(cè)的精度提升 62
7.1 光線(xiàn)/球體相交基礎(chǔ) 62
7.2 浮點(diǎn)精度探究 63
7.3 相關(guān)資源 66
參考文獻(xiàn) 67
第8章 精巧的曲面：計(jì)算光線(xiàn)/雙線(xiàn)性曲面相交的幾何方法 68
8.1 引言與當(dāng)前技術(shù) 68
8.1.1 性能測(cè)試 70
8.1.2 網(wǎng)格四邊形化 70
8.2 GARP細(xì)節(jié) 71
8.3 結(jié)果討論 73
8.4 代碼 76
參考文獻(xiàn) 77
第9章 DXR中的多重命中光線(xiàn)追蹤 80
9.1 引言 80
9.2 實(shí)現(xiàn) 81
9.2.1 樸素的多重命中遍歷 83
9.2.2 節(jié)點(diǎn)剔除多重命中BVH遍歷 85
9.3 結(jié)果 86
9.3.1 性能測(cè)量 86
9.3.2 討論 89
9.4 結(jié)論 90
參考文獻(xiàn) 91
第10章 一種具有高擴(kuò)展效率的簡(jiǎn)單負(fù)載均衡方案 92
10.1 引言 92
10.2 要求 92
10.3 負(fù)載均衡 93
10.3.1 簡(jiǎn)單分塊 93
10.3.2 任務(wù)大小 93
10.3.3 任務(wù)分布 94
10.3.4 圖像組裝 95
10.4 結(jié)果 96
參考文獻(xiàn) 97
第三部分 反射，折射與陰影
第11章 嵌套volume中材質(zhì)的自動(dòng)處理 101
11.1 volume的建模 101
11.1.1 獨(dú)立邊界 101
11.1.2 添加空氣間隙 102
11.1.3 重疊的邊界 102
11.2 算法 103
11.3 局限性 106
參考文獻(xiàn) 107
第12章 基于微表面陰影函數(shù)解決凹凸貼圖中的陰影邊界問(wèn)題 108
12.1 介紹 108
12.2 之前的工作 109
12.3 方法 109
12.3.1 法線(xiàn)分布函數(shù) 110
12.3.2 陰影函數(shù) 112
12.4 結(jié)果 113
參考文獻(xiàn) 114
第13章 光線(xiàn)追蹤陰影：保持實(shí)時(shí)幀速率 115
13.1 介紹 115
13.2 相關(guān)工作 116
13.3 光線(xiàn)追蹤陰影 117
13.4 自適應(yīng)采樣 119
13.4.1 時(shí)間重投影 119
13.4.2 識(shí)別半影區(qū)域 120
13.4.3 計(jì)算采樣數(shù)目 121
13.4.4 采樣Mask 121
13.4.5 計(jì)算可見(jiàn)性 122
13.5 實(shí)現(xiàn) 123
13.5.1 采樣點(diǎn)集生成 124
13.5.2 按距離剔除燈光 124
13.5.3 限制總采樣數(shù) 124
13.5.4 在前向渲染管線(xiàn)中集成 125
13.6 結(jié)果 127
13.6.1 與陰影映射（方法）的對(duì)比 127
13.6.2 軟陰影與硬陰影對(duì)比 128
13.6.3 限制 129
13.7 總結(jié)和未來(lái)的工作 129
參考文獻(xiàn) 130
第14章 DXR下的在單散射介質(zhì)中引導(dǎo)光線(xiàn)的體積水焦散 132
14.1 介紹 132
14.2 體積光和折射光 134
14.3 算法 136
14.3.1 計(jì)算光束壓縮比 136
14.3.2 渲染焦散圖 137
14.3.3 光線(xiàn)追蹤折射焦散圖和累積表面焦散 138
14.3.4 自適應(yīng)地對(duì)水表面的三角形進(jìn)行曲面細(xì)分 139
14.3.5 構(gòu)建三角形光束體積 140
14.3.6 使用加算混合方式渲染體積焦散 140
14.3.7 結(jié)合表面焦散和體積焦散 141
14.4 實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié) 141
14.5 結(jié)果 141
14.6 將來(lái)的工作 143
14.7 演示 143
參考文獻(xiàn) 143
第四部分 采樣
第15章 重要性采樣 147
15.1 引言 147
15.2 例子：環(huán)境光遮蔽 148
15.3 理解方差 151
15.4 直接光照 153
15.5 結(jié)論 155
參考文獻(xiàn) 156
第16章 采樣變換集合 157
16.1 采樣機(jī)制 157
16.2 樣本分布介紹 157
16.3 一維分布 159
16.3.1 線(xiàn)性函數(shù) 159
16.3.2 三角形函數(shù) 159
16.3.3 正態(tài)分布 159
16.3.4 一維離散分布采樣 160
16.4 二維分布采樣 162
16.4.1 雙線(xiàn)性 162
16.4.2 二維紋理分布 162
16.5 均勻表面采樣 165
16.5.1 圓盤(pán) 165
16.5.2 三角形 166
16.5.3 三角形網(wǎng)格 167
16.5.4 球 167
16.6 方向采樣 168
16.6.1 Z軸向余弦加權(quán)半球 169
16.6.2 向量軸向余弦加權(quán)半球 169
16.6.3 錐體方向采樣 169
16.6.4 PHONG分布采樣 170
16.6.5 GGX分布 170
16.7 體積散射 171
16.7.1 體積中的距離 171
16.7.2 Henyey-Greenstein相函數(shù) 172
16.8 添加到集合中 172
參考文獻(xiàn) 173
第17章 忽略光線(xiàn)追蹤時(shí)的不便 174
17.1 引言 174
17.2 動(dòng)機(jī) 174
17.3 截?cái)喾?176
17.4 路徑正則化 176
17.5 總結(jié) 177
參考文獻(xiàn) 178
第18章 GPU實(shí)現(xiàn)的多光源重要性采樣 179
18.1 概述 179
18.2 傳統(tǒng)算法回顧 180
18.2.1 實(shí)時(shí)光源剔除 180
18.2.2 多光源的算法 181
18.2.3 光源重要性采樣 181
18.3 基礎(chǔ)知識(shí)回顧 182
18.3.1 光照積分 182
18.3.2 重要性采樣 183
18.3.3 對(duì)光源的光線(xiàn)追蹤 185
18.4 算法 186
18.4.1 光源的預(yù)處理 186
18.4.2 加速結(jié)構(gòu) 187
18.4.3 光源重要性采樣 188
18.5 結(jié)果 190
18.5.1 性能 192
18.5.2 圖像質(zhì)量 194
18.6 結(jié)論 196
參考文獻(xiàn) 197
第五部分 降噪與濾波
第19章 利用實(shí)時(shí)光線(xiàn)追蹤和降噪技術(shù)在UE4中進(jìn)行電影渲染 203
19.1 引言 203
19.2 在UE4中集成光線(xiàn)追蹤功能 203
19.2.1 階段1：實(shí)驗(yàn)性的整合 204
19.2.2 階段2 210
19.3 實(shí)時(shí)光線(xiàn)追蹤和降噪處理 211
19.3.1 基于光線(xiàn)追蹤的陰影 211
19.3.2 基于光線(xiàn)追蹤的反射 214
19.3.3 基于光線(xiàn)追蹤的全局漫反射照明 218
19.3.4 光線(xiàn)追蹤中的透明度 221
19.4 結(jié)論 222
參考文獻(xiàn) 223
第20章 實(shí)時(shí)光線(xiàn)追蹤的紋理LOD策略 224
20.1 簡(jiǎn)介 224
20.2 背景 225
20.3 紋理LOD算法 226
20.3.1 MIP第0層的雙線(xiàn)性濾波 226
20.3.2 射線(xiàn)微分 226
20.3.3 射線(xiàn)微分與G-Buffer 229
20.3.4 射線(xiàn)錐 230
20.4 實(shí)現(xiàn) 234
20.5 對(duì)照及結(jié)果 236
20.6 代碼 239
參考文獻(xiàn) 241
第21章 使用射線(xiàn)錐和射線(xiàn)差分進(jìn)行環(huán)境貼圖的過(guò)濾 242
21.1 引言 242
21.2 射線(xiàn)錐 243
21.3 射線(xiàn)差分 243
21.4 結(jié)果 244
參考文獻(xiàn) 244
第22章 通過(guò)自適應(yīng)光線(xiàn)追蹤改進(jìn)時(shí)域抗鋸齒 245
22.1 簡(jiǎn)介 245
22.2 時(shí)域抗鋸齒相關(guān)工作 247
22.3 一種新算法 247
22.3.1 分割策略 248
22.3.2 稀疏光線(xiàn)追蹤超采樣 251
22.4 初步結(jié)果 253
22.4.1 畫(huà)面質(zhì)量 253
22.4.2 性能 254
22.5 局限性 255
22.6 實(shí)時(shí)光線(xiàn)追蹤抗鋸齒技術(shù)的未來(lái) 256
22.7 結(jié)論 256
參考文獻(xiàn) 257
第六部分 混合方法及系統(tǒng)
第23章 寒霜引擎中的交互式光照貼圖和輻照度體預(yù)覽 261
23.1 介紹 261
23.2 全局光照解算器管線(xiàn) 262
23.2.1 輸入與輸出 262
23.2.2 全局光照解算器管線(xiàn)的總覽 265
23.2.3 光照計(jì)算與光路構(gòu)建 266
23.2.4 光源 269
23.2.5 特殊材質(zhì) 270
23.2.6 規(guī)劃待計(jì)算紋素 271
23.2.7 性能開(kāi)銷(xiāo) 272
23.2.8 后處理 272
23.3 加速技術(shù) 275
23.3.1 視圖優(yōu)先級(jí) 275
23.3.2 燈光加速結(jié)構(gòu) 275
23.3.3 輻照度緩存 2