45、高效粒子体积溅射与屏幕空间光子映射渲染技术

高效粒子体积溅射与屏幕空间光子映射渲染技术

在图形渲染领域，粒子数据集的渲染以及焦散效果的呈现一直是重要且具有挑战性的任务。传统的渲染方法在处理大规模粒子数据和实时焦散效果时存在性能瓶颈，而基于光线追踪的新技术为解决这些问题提供了新的思路。

高效粒子体积溅射

在许多领域，如游戏、电影和科学可视化中，粒子数据集的渲染是一个常见问题。传统上，这是通过基于光栅化的溅射方法来实现的，但其性能与问题规模呈线性关系。而光线追踪架构在处理大规模几何数据时具有更好的扩展性，因为其加速结构的遍历通常具有对数时间复杂度。

动机

基于光栅化的GPU溅射方法在大多数基元具有亚像素足迹且需要深度排序时，性能会下降。这是由于深度排序片段的线性成本以及不一致的帧缓冲区流量，实际中，根据GPU的不同，当粒子数量超过2000万时，交互式性能会受到影响。虽然有一些提高光栅化性能的方法，如依赖视图的空间细分、细节层次、禁用深度测试和alpha混合，或重新采样到代理（如纹理切片），但在渲染大量粒子时，性能仍然不佳。

光线追踪架构可以有效地遍历和渲染完整的粒子数据。它可以通过促进许多小的、局部的基元排序，而不是单一的大排序，使性能反映每条光线实际相交的基元数量，而不是整个场景的总复杂度。此外，在光线追踪框架中渲染粒子数据还可以实现粒子效果在反射中的高效渲染。

算法

目标是使用光线追踪遍历创建一个可扩展的类似于基于光栅化的广告牌溅射的方法。核心思想是沿着观察光线在每个粒子的中心点附近采样，然后对该光线上深度排序的样本集进行积分。

基元是一个径向基函数（RBF），具有半径r、粒子中心P和由以粒子为中心、宽度为2r的边界