44、实时渲染中的全局光照与非均匀体积光线追踪技术

实时渲染中的全局光照与非均匀体积光线追踪技术

1. 全局光照概述

在现实世界中，光照效果极其复杂，这主要是由于光线的多次散射造成的。光线从光源发出后，会在非发光表面间不断反射，从而间接照亮场景中的物体。这种光照效果被称为全局光照，对渲染图像的真实感起着至关重要的作用，因为我们在日常生活中时刻都能看到这样的光照现象。

近二十年来，随着可编程 GPU 的出现，开发者们一直在努力开发实时全局光照算法。尽管取得了不少创新成果，但早期 GPU 仅支持光栅化作为可见性算法，这在一定程度上限制了全局光照的发展。全局光照的难点在于，其可见性查询高度不连贯，多为点对点测试，与光栅化算法并不匹配。

RTX GPU 的推出，使得光线追踪技术得以应用于实时图形渲染管线。不过，这并不意味着一切都变得简单，开发者仍需谨慎选择光线、运用巧妙的算法，并考虑去噪处理。以下是一些与全局光照相关的技术：
| 技术名称 | 主要内容 |
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| 光线追踪非均匀体积 | 利用光线追踪实现体积散射渲染，适用于渲染云、烟雾和爆炸等效果 |
| 高效粒子体积喷涂 | 采用光线追踪而非光栅化，高效渲染数亿个粒子，也可应用于处理其他复杂散射效果 |
| 屏幕空间光子映射生成焦散效果 | 专注于渲染由曲面反射或折射产生的焦散效果 |
| 路径复用下的方差减少 | 在混合光传输算法中，为光线携带路径加权，引入新的处理方法 |
| 辐射缓存实现准确实时镜面反射 | 结合镜面表面光线追踪和立方体贴图辐射探针，准确渲染光泽镜面反射 |

2. 光线在体积中的传输

当光线沿着射线穿过介质时，部分光线会根据