学习笔记:pbrt中的光线传输方程II

本篇笔记针对上一篇中的第二组光线传输方程做进一步的介绍。

第二组光线传输方程具有更直观的优点,不过它还是满足迭代特性的。对于计算光线从某一点传输给另一点的辐亮度表达式,按第二组光线传输方程的形式进行迭代展开。所形成的结果为某一点自发光的辐亮度,另一个点经某一点再回溯一个点自发光所产生的辐亮度,另一个点经某一点再回溯两个点自发光所产生的辐亮度等等一直到回溯无穷个点自发光所产生的辐亮度之和。为了使表达式更为简单,将另一个点经某一点再回溯n-1点自发光所产生的辐亮度定义为n点路径的散射辐亮度函数。该函数中除积分变量以及回溯到最首端的自发光辐亮度值外的部分定义为一个名为路径吞吐量的函数,使得表达式更为简单。换个角度看第二组光线传输方程的迭代展开,它描述的是点的反射辐亮度结果是由光源直接照射的效果,光源经一次反射后照射效果,光源经二次反射后照射效果等等的累积效果。

在第二组光线传输方程的某次迭代遇到的光源为delta型光源时,该次积分取消,可以直接写成含有delta函数但不含积分的表达式,并且delta函数还可以同时在分子和分母中进行消去。当路径吞吐量函数中的BSDF为delta型时,处理方式类似。

前面已经提到,写成数学形式的光线传输方程后可以利用一些数学技巧分析其中的环节。下面举三个例子,这三个例子都是对光线传输方程,也就是被积函数的一种划分。第一个例子,将迭代形式的第二组光线传输方程写成1点路径的散射辐亮度函数,2点路径的散射辐亮度函数以及其他部分的和的形式。第一项直接计算自发光效果即可,第二项可通过直接光照模型进行计算,剩余部分可由近似算法快速计算。第二个例子是对于n点路径散射辐亮度函数,可以将光源部分划分为较大光源和较小光源两部分,两部分光源独立进行后续的积分等运算,此时两部分可以采用不同的算法和不同的采样数量。第三个例子是对于n点路径的散射辐亮度函数,考查其路径吞吐量函数中的BSDF部分,可以划分为delta型的BSDF和非delta型的BSDF。当然此时路径吞吐量函数包含n-1个BSDF的乘积,因而还需要按多项式展开后的形式进行处理。

从摄像机镜头采到的辐亮度到最终渲染出的像素颜色之间,还进行了一次滤波过程。简单讲一个像素最终的输出是它及周围几个像素加权求和的结果。这一过程也类似于一个积分过程。该过程所对应的操作不仅在最终输出像素颜色时存在,在其他一些算法中也有应用,给它们起了一个统一的名字叫测量方程。测量方程的存在使得光线传输方程多了一重积分运算,它也以面元为积分自变量,所额外增加的系数包括滤波器函数和确定使用周围哪个像素点的delta函数的乘积所组成。在这个delta函数中,也使用了跟踪算子。另外,该系数在书中被称作重要性。

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