18、光线引导的单散射介质中体积水焦散渲染技术解析

光线引导的单散射介质中体积水焦散渲染技术解析

1. 引言

在计算机图形学中，渲染逼真的水焦散效果是一个具有挑战性的任务。水焦散效果包括折射体积水下焦散和反射焦散等，对于提升场景的真实感至关重要。本文将详细介绍一种基于光线引导的单散射介质中体积水焦散渲染算法，包括其原理、具体步骤、实现细节以及实验结果。

2. 基本原理

对于每个三角形光束，图形管线用于渲染构成该光束精确凸包围体的八个三角形，这些三角形的表面法线始终指向包围体外部。沿着从眼睛发出的光线，折射光的方向会在光线击中体积的背面三角形和正面三角形时发生改变。由于这种特性，无法像Golias和Jensen提出的那样使用加法混合、在背面三角形使用正的内散射项以及在正面三角形使用负的内散射项。不过，通过使用足够小的体积，可以通过累加每个体积正面三角形的内散射项来近似内散射积分。

3. 算法步骤

该算法主要包括以下七个步骤来渲染体积水焦散：
1. 计算光束压缩比
- 对于代表模拟水面几何形状的水网格的每个顶点，构建一条折射光线R，该光线从水顶点的当前位置开始，沿入射光的折射方向延伸。
- 折射水网格与水面具有相同数量的顶点和三角形数量，其顶点位置通过将每条光线R与水下几何形状相交来计算。
- 对于每个三角形，计算光束压缩比r并存储在缓冲区中，计算公式为：
[r = \frac{a(T_w)}{a(T_r)}]
其中，$a()$ 计算三角形的面积，$T_w$ 是水面三角形，$T_r$ 是折射三角形。压缩比可用于驱动将每个粗三角形光束细分为更小光束的细分密度。
2.