1 光與錶麵的交互 1
1.1 什麼是全局光照........................... 3
1.2 輻射度量學............................. 10
1.2.1 輻射能量.......................... 11
1.2.2 輻射通量.......................... 12
1.2.3 輻射亮度.......................... 12
1.2.4 輻射強度.......................... 13
1.2.5 輻射照度.......................... 15
1.3 物體的錶麵著色........................... 17
1.3.1 幾何光學模型........................ 17
1.3.2 光與錶麵的交互....................... 18
1.4 采樣和反走樣............................ 26
1.4.1 采樣............................ 26
1.4.2 重建............................ 37
1.4.3 重采樣............................ 41
1.4.4 全屏反走樣......................... 43
1.5 基於物理的渲染........................... 47
1.5.1 雙嚮反射分布函數..................... 48
1.5.2 菲涅耳公式......................... 53
1.5.3 微麵元理論......................... 56
1.5.4 材質模型.......................... 65
1.5.5 雙嚮散射分布函數..................... 70
1.6 渲染方程.............................. 77
1.6.1 光綫路徑錶達式....................... 79
1.7 關於離綫與實時渲染........................ 80
2 並行處理器架構
2.1 CPU應用程序執行模型...................... 82
2.1.1 緩存............................ 83
2.1.2 預取............................ 85
2.2 並行計算架構............................ 86
2.2.1 指令級並行......................... 87
2.2.2 綫程級並行......................... 94
2.2.3 處理器級並行........................ 98
2.3 GPU並行計算架構......................... 103
2.3.1 為什麼需要另外一個並行計算架構............ 104
2.3.2 內存結構.......................... 104
2.3.3 圖形處理器架構....................... 111
2.3.4 延遲隱藏.......................... 112
2.3.5 全局內存訪問的閤並.................... 114
3 圖形處理器接口 117
3.1 渲染管綫概述............................ 118
3.2 OpenGL對象............................ 121
3.3緩存對象.............................. 126
3.3.1 緩存對象的存儲分配.................... 126
3.3.2 緩存對象數據的修改.................... 129
3.3.3 緩存對象的流式更新.................... 132
3.3.4 綁定緩存對象到索引目標 ................. 134
3.4 著色器和著色器程序........................ 135
3.4.1 著色器程序的鏈接..................... 136
3.4.2 接口塊............................ 138
3.4.3 接口匹配.......................... 142
3.5紋理................................ 144
3.5.1 紋理的創建......................... 145
3.5.2 像素傳輸.......................... 147
3.5.3 壓縮紋理.......................... 156
3.5.4 采樣器對象......................... 159
3.5.5 特殊紋理.......................... 163
3.6幀緩存................................ 166
3.7頂點處理.............................. 171
3.7.1 頂點數據定義........................ 172
4 著色管綫 183
4.1 著色技術基礎............................ 184
4.1.1 光柵化技術......................... 185
4.2延遲著色.............................. 189
4.2.1 延遲光照計算........................ 192
4.3光源分配.............................. 195
4.3.1 分塊著色.......................... 196
4.3.2 分簇著色.......................... 199
4.4著色器管理............................. 209
4.5 延遲著色中的反走樣技術 ..................... 213
4.5.1 形態反走樣......................... 215
4.5.2 時間反走樣......................... 224
4.5.3 聚集幾何緩存反走樣.................... 236
5 濛特卡洛方法 243
5.1概率論基礎............................. 245
5.1.1 隨機變量.......................... 245
5.1.2 期望與方差......................... 247
5.1.3 大數定律.......................... 249
5.2 濛特卡洛積分............................ 250
5.3 對分布p(x)進行抽樣 ....................... 253
5.3.1 逆變換算法......................... 254
5.3.2 取捨算法.......................... 255
5.3.3 隨機變量的變換....................... 257
5.4 馬爾可夫鏈濛特卡洛方法 ..................... 258
5.4.1 馬爾可夫鏈......................... 260
5.4.2 梅特羅波利斯算法..................... 266
5.5方差縮減.............................. 270
5.5.1 重要性抽樣......................... 271
5.5.2 復閤重要性抽樣....................... 272
5.5.3 分層抽樣.......................... 275
5.5.4 擬濛特卡洛方法....................... 277
6 路徑追蹤技術 283
6.1 全局光照算法的衡量標準 ..................... 284
6.1.1 有偏性和一緻性....................... 285
6.2 光綫追蹤技術及其曆史....................... 288
6.3 渲染方程的路徑積分形式 ..................... 292
6.3.1 渲染方程的麵積積分形式 ................. 294
6.3.2 路徑積分形式........................ 296
6.3.3 一個像素的顔色如何計算 ................. 298
6.4基本路徑追蹤技術......................... 300
6.4.1 俄羅斯輪盤......................... 300
6.4.2 路徑追蹤算法的采樣技術 ................. 302
6.4.3 雙嚮路徑追蹤........................ 306
6.5紋理過濾.............................. 309
6.5.1 光綫微分.......................... 310
6.5.2 路徑微分.......................... 317
6.5.3 協方差追蹤......................... 320
6.6降噪技術.............................. 331
6.6.1 先驗方法.......................... 332
6.6.2 後驗方法.......................... 341
6.7梯度域渲染............................. 361
6.7.1 基於梯度域的圖像重建................... 361
6.7.2 路徑積分形式的梯度場................... 364
6.7.3 對稱梯度和重要性采樣................... 366
6.7.4 梯度域的傅裏葉分析.................... 369
6.7.5 移位映射.......................... 373
6.8 提高光綫追蹤算法的效率 ..................... 374
6.8.1 處理器執行模型小結.................... 374
6.8.2 加速遍曆的基元結構.................... 377
6.8.3 加速光綫遍曆........................ 383
6.8.4 著色優化.......................... 394
7 光子映射 397
7.1 數學基礎.............................. 398
7.2 基本光子映射技術......................... 400
7.2.1 光子追蹤.......................... 401
7.2.2 光子的存儲......................... 405
7.2.3 輻射亮度估計........................ 410
7.2.4 渲染............................ 415
7.3 漸進式光子映射........................... 417
7.3.1 基本漸進式光子映射.................... 418
7.3.2 隨機漸進式光子映射.................... 424
7.3.3 漸進式光子映射的概率分析................ 428
7.3.4 適應性漸進式光子映射................... 435
7.4 頂點連接與閤並........................... 440
7.4.1 預備知識迴顧........................ 442
7.4.2 頂點閤並.......................... 445
7.5 參與介質.............................. 452
7.5.1 光綫在介質中的傳播.................... 452
7.5.2 體積光子映射........................ 458
7.5.3 光綫圖............................ 461
7.5.4 基於光束的光子映射.................... 465
7.5.5 異質介質中的透射比估計 ................. 477
7.5.6 統一光子，光束和路徑估計................ 487
8 梅特波利斯光照傳輸 495
8.1基本算法及其原理......................... 496
8.1.1 梅特波利斯算法迴顧.................... 497
8.1.2 MLT基本算法....................... 499
8.1.3 突變策略.......................... 503
8.2 原采樣空間的突變策略....................... 507
8.2.1 PSSMLT基本算法..................... 508
8.2.2 MMLT算法......................... 515
8.3 路徑空間的突變策略........................ 522
8.3.1 流形探索.......................... 522
8.3.2 半矢量空間光照傳輸.................... 543
8.4 反嚮路徑采樣在MLT算法中的運用............... 559
8.4.1 問題分析.......................... 560
8.4.2 反嚮路徑采樣........................ 562
8.4.3 RJMLT算法........................ 569
8.4.4 組閤原采樣空間和路徑空間................ 570
8.5 組閤MC與MCMC算法..................... 572
8.5.1 平行迴火.......................... 574
8.5.2 AMCMCVCM/UPS基本算法............... 578
9 輻射度方法 585
9.1基本概念.............................. 586
9.1.1 輻射度綫性方程組..................... 587
9.2形狀係數.............................. 591
9.2.1 半立方體方法........................ 591
9.2.2 濛特卡洛方法........................ 593
9.3 求解綫性方程組........................... 597
9.3.1 迭代法............................ 598
9.4麯麵細分.............................. 599
9.4.1 階層式輻射度方法..................... 601
9.4.2 基於小波的輻射度方法................... 604
9.4.3 非連續網格化........................ 619
9.4.4 組閤方法.......................... 626
9.5 Enlighten中間件.......................... 635
9.5.1 Enlighten概述....................... 635
9.5.2 預處理階段......................... 637
9.5.3 實時計算階段........................ 642
9.6 實時動態輻射度方法........................ 644
9.6.1 漸進式改進輻射度方法................... 644
9.6.2 增量式輻射度方法..................... 647
9.6.3 輻射度重分配........................ 648
9.6.4 交叉重分配輻射度方法................... 650
10 即時輻射度方法 655
10.1基本算法.............................. 656
10.1.1粒子的生成......................... 658
10.1.2算法實現.......................... 661
10.2近似方法.............................. 664
10.2.1反射陰影圖......................... 665
10.2.2濺射法............................ 668
10.2.3不完全陰影圖........................ 673
10.2.4自適應不完全陰影圖.................... 675
10.3適應性方法............................. 679
10.3.1拒絕不重要的樣本..................... 680
10.3.2雙嚮即時輻射度方法.................... 681
10.3.3梅特波利斯方法....................... 684
10.4偏差補償.............................. 686
10.4.1光綫追蹤方法........................ 687
10.4.2屏幕空間方法........................ 693
10.5避免奇異值——光澤錶麵的處理.................. 698
10.5.1虛擬球體光源........................ 700
10.5.2參與介質中的方法..................... 703
10.6可擴展性.............................. 711
10.6.1光源切口.......................... 712
10.6.2矩陣行–列采樣....................... 721
11 基於預計算的實時渲染技術 729
11.1數學基礎.............................. 730
11.1.1勒讓德多項式........................ 732
11.1.2球諧函數.......................... 735
11.1.3球諧函數的鏇轉....................... 741
11.2基於圖像的光照技術........................ 750
11.2.1方嚮映射.......................... 751
11.2.2預過濾............................ 760
11.3預計算輻射傳輸........................... 777
11.3.1漫反射錶麵的PRT..................... 778
11.3.2一般錶麵的PRT ...................... 780
11.4基於輻射照度的預計算....................... 788
11.4.1光照貼圖.......................... 788
11.4.2輻射照度體積........................ 790
11.5基於輻射亮度的預計算....................... 800
11.5.1基於光綫追蹤的方法.................... 803
12 基於體素的全局光照技術 807
12.1圓錐體內的光綫追蹤........................ 808
12.1.1光綫追蹤的問題....................... 809
12.1.2工作原理.......................... 810
12.1.3怎樣采樣.......................... 811
12.1.4精確度問題......................... 812
12.2體積化的幾何錶述......................... 812
12.2.1基於體素的幾何預過濾................... 813
12.2.2基於預積分的圓錐體追蹤 ................. 815
12.2.3多級體素的預積分模型................... 822
12.2.4預過濾的著色參數..................... 825
12.2.5實現............................ 831
12.3數據結構.............................. 835
12.3.1八叉樹+塊的聯閤錶述.................. 835
12.3.2八叉樹構造與更新..................... 840
12.3.3其它錶述.......................... 843
12.4渲染................................ 843
12.4.1近似的圓錐體追蹤..................... 845
12.4.2環境遮擋.......................... 847
12.4.3間接光照.......................... 848
13 基於距離場的全局光照技術 855
13.1基礎知識.............................. 856
13.1.1參數化的錶麵........................ 857
13.1.2隱式錶麵.......................... 859
13.1.3有符號的距離函數..................... 862
13.2場景的隱式錶述........................... 865
13.2.1計算距離場......................... 866
13.2.2一般錶麵錶述的距離場................... 867
13.2.3距離變換.......................... 869
13.2.4距離場的錶述........................ 871
13.3隱式錶麵的渲染........................... 875
13.3.1錶麵錶述與渲染....................... 875
13.3.2光綫步進.......................... 877
13.3.3球體追蹤.......................... 880
13.3.4增強的球體追蹤....................... 881
13.4移位映射.............................. 884
13.4.1什麼是移位映射....................... 885
13.4.2浮雕映射.......................... 886
13.4.3基於距離場的移位映射................... 888
13.4.4殼形映射.......................... 889
13.4.5一般化的移位貼圖..................... 892
13.4.6有嚮的距離貼圖....................... 895
13.5陰影和遮擋............................. 901
13.5.1基本定義.......................... 902
13.5.2硬陰影技術......................... 905
13.5.3軟陰影技術......................... 909
13.5.4基於距離場的軟陰影.................... 914
參考文獻 942
專有名詞索引 943
中文索引................................. 943
英文索引................................. 957
· · · · · · (收起)