8、可微体渲染：原理、实现与应用

可微体渲染：原理、实现与应用

1. 可微渲染的必要性与方法

渲染可看作是从 3D 场景（如网格或点云）到 2D 图像的映射。若渲染具有可微性，就能通过在渲染图像和观察图像之间选择合适的成本函数，直接优化 3D 模型。PyTorch3D 库实现了使渲染可微的方法，还给出了将对象姿态估计表述为优化问题的具体示例，通过直接优化对象姿态，最小化渲染图像和观察图像之间的均方误差。

2. 体渲染概述

体渲染是一组用于生成离散 3D 数据 2D 视图的技术，其目标是渲染 3D 数据的 2D 投影，避免显式转换为几何表示（如网格）。体渲染常用于生成表面困难或易出错的情况，以及数据内容（而非仅几何和表面）很重要的场景，如脑扫描的数据可视化。

体渲染的基本过程如下：
1. 表示 3D 空间和对象 ：使用体积（3D 规则网格节点）表示 3D 空间和对象，每个节点有密度和颜色特征两个属性，密度范围通常为 0 到 1，可理解为占用概率或不透明度。
2. 定义相机 ：确定渲染过程中相机的观察视角。
3. 光线采样 ：从相机投影中心发射光线穿过图像像素，并沿光线采样点，以确定像素的 RGB 值。
4. 体积采样 ：由于光线采样点不一定落在体积节点上，需要使用插值方案将体积的密度和颜色转换到光线上的点。
5. 光线行进 ：根据光线上的密度和颜色，计算每个像素的 RGB 值，模拟光线传播和反射过程。