实时光线追踪技术：发展近况与未来挑战

导语：Ray Tracing Shadow 实现起来并不太复杂。基本思想是向光源发射光线（launch a ray towards the light），如果光线未命中，则不处于阴影中。 而与硬阴影（Hard shadows）相比，软阴影（soft shadows）可以更好地传

　　Ray Tracing Shadow 实现起来并不太复杂。基本思想是向光源发射光线（launch a ray towards the light），如果光线未命中，则不处于阴影中。

　　而与硬阴影（Hard shadows）相比，软阴影（soft shadows）可以更好地传达物体的真实感，更加Ground Truth。软阴影（soft shadows）可以通过在朝向光的圆锥中按随机方向进行采样并将其视为区域光一样对待来实现。锥角（cone angle）越宽，阴影越柔和，但噪点越大，因此我们必须对其进行过滤（filtering）。也可以发射多条光线，但仍需要进行一些过滤操作。

　　3.4.1 解析直接光照+随机阴影

　　在基于物理的渲染领域颇有建树的学术大牛Eric Heitz加入Unity后，在Ray Tracing Shadow领域又有了新的突破性进展。

　　Eric Heitz于2018年提出了一种结合了解析直接光照（analytic direct illumination）和随机阴影（stochastic shadows）的新方法[13]）。在paper中，他们提出了一种比率估计器（ratio estimator），该比率估计器可以将解析光照技术（analytic illumination techniques）与随机光线追踪阴影（stochastic raytraced shadows）正确组合。

　　通过将阴影光照分为两个部分——解析部分（analytical part）和随机部分（stochastic part），他们的方法演示了如何通过随机光线追踪在图像的阴影区域部分获得清晰和无噪声，且解析和视觉上逼真的阴影。

　　而仅在需要时进行随机求解的优点是，最终结果仅在阴影中有噪声，而其余部分则通过解析进行处理。该项技术还将阴影与光照分开，因此可以保留高频阴影细节。真的是很赞。

　　3.4.2 透明阴影渲染

　　在实时渲染领域，透明渲染一直都是难题，但是通过光线追踪，可以找到一些新的替代方法。

　　在SEED提供的Demo中，在对透明表面阴影进行渲染时，他们用递归光线追踪（recursive ray tracing）方法来替换常规的阴影光线追踪方法。当光穿过介质时，会成倍地进行积累吸收。并进行薄膜近似（thin film approximation），假设所有颜色都在表面上，以得到更好的性能。同时，就像不透明阴影渲染一样，使用类似的SVGF启发式过滤器对其进行过滤，可以让透明阴影也变得柔和。

　　上图左侧为未过滤的结果，右侧为已过滤的结果。

　　同样，也能实现类似笔的墨水管的阴影从塑料外壳中传播出的光线的阴影渲染。

　　3.5 实时光线追踪：透明渲染和半透明渲染

　　光线追踪可以准确地进行光的散射，从而在实现透明渲染和次表面半透明渲染（subsurface translucency）上有天生的优势。

　　对于透明渲染（Transparency），目前业界的发展近况可以概括为：

　　正确表示顺序无关的透明渲染（Order-independent Transparency，OIT）

　　可变的粗糙度，折射和吸收（Variable roughness ， refractions and absorption）

　　多IOR过渡（Multiple index-of-refraction transitions）

（编辑：D游戏网）

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