Фарр М., Джейкоб В., Хамфрис Г. - Рендеринг на основе законов физики [2023, PDF, RUS]

Примеры страниц

Оглавление

ОТ ИЗДАТЕЛЬСТВА............................................................................................................... 16
ОБ АВТОРАХ............................................................................................................................. 17
ПРЕДИСЛОВИЕ....................................................................................................................... 18
ГЛАВА 01 ВВЕДЕНИЕ......................................................................................................... 30
1.1 Грамотное программирование........................................................................................ 30
1.2 Фотореалистический рендеринг и алгоритм рейтрейсинга......................................... 33
1.2.1 Камеры и пленка............................................................................................... 35
1.2.2 Пересечения луч–объект.................................................................................. 37
1.2.3 Распределение света......................................................................................... 38
1.2.4 Видимость.......................................................................................................... 40
1.2.5 Поверхности, рассеивающие свет.................................................................... 41
1.2.6 Непрямое пропускание света........................................................................... 41
1.2.7 Распространение луча...................................................................................... 44
1.3 Обзор системы pbrt.......................................................................................................... 45
1.3.1 Этапы выполнения............................................................................................ 46
1.3.2 Функция main() системы pbrt........................................................................... 47
1.3.3 Интерфейс Integrator........................................................................................ 51
1.3.4 ImageTileIntegrator и основной цикл рендеринга.......................................... 53
1.3.5 Реализация RayIntegrator................................................................................. 57
1.3.6 Интегратор случайного блуждания................................................................. 60
1.4 Как изучать материал этой книги................................................................................... 65
1.4.1 Упражнения....................................................................................................... 66
1.4.2 Просмотр изображений.................................................................................... 67
1.4.3 Онлайн-версия.................................................................................................. 67
1.5 Понимание и использование кода.................................................................................. 67
1.5.1 Организация исходного кода........................................................................... 67
1.5.2 Соглашение по наименованиям...................................................................... 68
1.5.3 Указатель или ссылка?...................................................................................... 68
1.5.4 Абстрактность или эффективность?................................................................ 69
1.5.5 Пространство имен pstd................................................................................... 69
1.5.6 Аллокаторы....................................................................................................... 69
1.5.7 Динамическая диспетчеризация..................................................................... 70
1.5.8 Оптимизация кода............................................................................................ 71
1.5.9 Отладка и регистрация..................................................................................... 71
1.5.10 Параллелизм и безопасность потоков............................................................. 72
1.5.11 Расширение системы........................................................................................ 73
1.5.12 Программные ошибки...................................................................................... 73
1.6 Краткая история рендеринга на основе законов физики.............................................. 73
1.6.1 Исследования.................................................................................................... 74
1.6.2 Производство.................................................................................................... 76
Дополнительная литература........................................................................................................ 78
Упражнения.................................................................................................................................. 80
ГЛАВА 02 ИНТЕГРИРОВАНИЕ МЕТОДОМ МОНТЕ-КАРЛО................................. 82
2.1 Метод Монте-Карло: основы........................................................................................... 83
2.1.1 Обзор предпосылок и теории вероятностей................................................... 83
2.1.2 Ожидаемые значения....................................................................................... 85
2.1.3 Оценка Монте-Карло........................................................................................ 85
2.1.4 Ошибка в статистических оценках Монте-Карло........................................... 87
2.2 Повышение эффективности............................................................................................ 89
2.2.1 Стратифицированный семплинг..................................................................... 89
2.2.2 Семплинг по значимости................................................................................. 91
2.2.3 Семплинг по множественной значимости...................................................... 93
2.2.4 Русская рулетка................................................................................................. 96
2.2.5 Расщепление..................................................................................................... 97
2.3 Семплинг методом инверсии.......................................................................................... 97
2.3.1 Дискретный случай........................................................................................... 97
2.3.2 Непрерывный случай...................................................................................... 100
2.4 Преобразование между распределениями................................................................... 101
2.4.1 Преобразование в нескольких измерениях.................................................. 102
2.4.2 Семплинг с многомерными преобразованиями.......................................... 103
Дополнительная литература...................................................................................................... 105
Упражнения................................................................................................................................ 106
ГЛАВА 03 ГЕОМЕТРИЯ И ПРЕОБРАЗОВАНИЯ....................................................... 108
3.1 Системы координат........................................................................................................ 108
3.1.1 Направленность системы координат............................................................. 109
3.2 Базовые классы n-кортежей........................................................................................... 110
3.3 Векторы........................................................................................................................... 113
3.3.1 Нормализация и длина вектора..................................................................... 114
3.3.2 Скалярное и векторное произведения.......................................................... 116
3.3.3 Система координат из одного вектора.......................................................... 118
3.4 Точки................................................................................................................................ 119
3.5 Нормали.......................................................................................................................... 120
3.6 Лучи................................................................................................................................. 121
3.6.1 Дифференциалы лучей................................................................................... 123
3.7 Ограничивающие боксы................................................................................................ 124
3.8 Сферическая геометрия................................................................................................. 130
3.8.1 Телесные углы................................................................................................. 130
3.8.2 Сферические полигоны.................................................................................. 131
3.8.3 Сферические параметризации....................................................................... 133
3.8.4 Ограничивающие направления..................................................................... 140
3.9 Преобразования.............................................................................................................. 144
3.9.1 Однородные координаты............................................................................... 145
3.9.2 Оценка класса преобразования..................................................................... 146
3.9.3 Базовые операции........................................................................................... 146
3.9.4 Перемещения (трансляции)........................................................................... 148
3.9.5 Масштабирование........................................................................................... 149
3.9.6 Поворот по осям x, y и z.................................................................................. 150
3.9.7 Поворот вокруг произвольной оси................................................................ 152
3.9.8 Поворот одного вектора к другому................................................................ 153
3.9.9 Преобразование точки зрения....................................................................... 154
3.10 Применение преобразований........................................................................................ 155
3.10.1 Точки................................................................................................................ 156
3.10.2 Векторы............................................................................................................ 156
3.10.3 Нормали........................................................................................................... 156
3.10.4 Лучи.................................................................................................................. 157
3.10.5 Ограничивающие боксы................................................................................. 157
3.10.6 Композиция преобразований........................................................................ 158
3.10.7 Преобразования и направленность системы координат............................. 158
3.10.8 Векторные фреймы......................................................................................... 159
3.10.9 Анимированные преобразования................................................................. 160
3.11 Взаимодействия.............................................................................................................. 162
3.11.1 Взаимодействие с поверхностью................................................................... 164
3.11.2 Взаимодействие со средой............................................................................. 166
Дополнительная литература...................................................................................................... 167
Упражнения................................................................................................................................ 168
ГЛАВА 04 РАДИОМЕТРИЯ, СПЕКТРЫ И ЦВЕТ....................................................... 170
4.1 Радиометрия................................................................................................................... 171
4.1.1 Базовые величины.......................................................................................... 172
4.1.2 Функции падающего и исходящего излучений............................................ 175
4.1.3 Радиометрические спектральные распределения....................................... 177
4.1.4 Яркость и фотометрия.................................................................................... 177
4.2 Работа с радиометрическими интегралами................................................................. 178
4.2.1 Интегралы по проекции телесного угла........................................................ 178
4.2.2 Интегралы по сферическим координатам.................................................... 179
4.2.3 Интегралы по площади.................................................................................. 180
4.3 Отражение от поверхности............................................................................................ 181
4.3.1 BRDF и BTDF.................................................................................................... 182
4.3.2 BSSRDF............................................................................................................. 184
4.4 Излучение света.............................................................................................................. 184
4.4.1 Излучение черного тела................................................................................. 186
4.4.2 Стандартные источники света....................................................................... 188
4.5 Представление спектральных распределений............................................................. 189
4.5.1 Интерфейс спектра......................................................................................... 190
4.5.2 Общие спектральные распределения............................................................ 191
4.5.3 Встроенные спектральные данные................................................................ 194
4.5.4 Семплированные спектральные распределения.......................................... 195
4.6 Цвет.................................................................................................................................. 200
4.6.1 Цветовое пространство XYZ........................................................................... 201
4.6.2 Цвет RGB.......................................................................................................... 205
4.6.3 Цветовые пространства RGB.......................................................................... 207
4.6.4 Почему именно спектральный рендеринг?.................................................. 210
4.6.5 Выбор количества длин волн для семплинга................................................ 211
4.6.6 От RGB к спектрам.......................................................................................... 214
Дополнительная литература...................................................................................................... 224
Упражнения................................................................................................................................ 227
ГЛАВА 05 КАМЕРЫ И ПЛЕНКА..................................................................................... 229
5.1 Интерфейс камеры......................................................................................................... 230
5.1.1 Пространства координат камеры................................................................... 232
5.1.2 Класс CameraBase............................................................................................ 235
5.2 Модели проекционных камер....................................................................................... 238
5.2.1 Ортографическая камера............................................................................... 240
5.2.2 Перспективная камера................................................................................... 243
5.2.3 Модель тонкой линзы и глубина резкости.................................................... 246
5.3 Сферическая камера....................................................................................................... 252
5.4 Пленка и изображение................................................................................................... 254
5.4.1 Уравнение измерения камеры....................................................................... 254
5.4.2 Моделирование отклика световоспринимающего сенсора......................... 255
5.4.3 Фильтрация семплов изображения............................................................... 264
5.4.4 Интерфейс пленки.......................................................................................... 267
5.4.5 Общая функциональность пленки................................................................. 269
5.4.6 RGBFilm............................................................................................................ 271
5.4.7 GBBufferFilm.................................................................................................... 275
Дополнительная литература...................................................................................................... 276
Упражнения................................................................................................................................ 279
ГЛАВА 06 ФОРМЫ............................................................................................................. 282
6.1 Базовый интерфейс формы........................................................................................... 282
6.1.1 Ограничивающие объемы.............................................................................. 282
6.1.2 Пересечения лучей с границами.................................................................... 283
6.1.3 Проверки пересечения................................................................................... 286
6.1.4 Пространство координат пересечений ......................................................... 287
6.1.5 Одностороннесть............................................................................................. 288
6.1.6 Диффузные источники................................................................................... 288
6.1.7 Семплинг......................................................................................................... 288
6.2 Сферы.............................................................................................................................. 290
6.2.1 Ограничивающие боксы................................................................................. 293
6.2.2 Проверки пересечения................................................................................... 293
6.2.3 Площадь поверхности..................................................................................... 300
6.2.4 Семплинг......................................................................................................... 301
6.3 Цилиндры........................................................................................................................ 306
6.3.1 Площадь и границы........................................................................................ 307
6.3.2 Проверки пересечения................................................................................... 308
6.3.3 Семплинг......................................................................................................... 310
6.4 Диски............................................................................................................................... 311
6.4.1 Площадь и ограничение................................................................................. 312
6.4.2 Проверки пересечения................................................................................... 313
6.4.3 Семплинг......................................................................................................... 315
6.5 Сетки из треугольников................................................................................................. 315
6.5.1 Представление и хранение сетки................................................................... 317
6.5.2 Класс Triangle................................................................................................... 321
6.5.3 Пересечение луч–треугольник....................................................................... 322
*6.5.4 Семплинг......................................................................................................... 332
6.6 Билинейчатые патчи...................................................................................................... 344
6.6.1 Тестирование пересечений............................................................................ 349
6.6.2 Семплинг......................................................................................................... 355
*6.7 Кривые............................................................................................................................. 362
6.7.1 Ограничивающие кривые.............................................................................. 365
6.7.2 Проверки пересечения................................................................................... 366
*6.8 Управление ошибкой округления................................................................................. 374
6.8.1 Арифметика чисел с плавающей запятой..................................................... 375
6.8.2 Консервативные пересечения луч–ограничение......................................... 386
6.8.3 Точные квадратичные дискриминанты........................................................ 387
6.8.4 Надежные пересечения с треугольником...................................................... 389
6.8.5 Ошибка точки пересечения с границей........................................................ 390
6.8.6 Надежные инициированные источники лучей............................................ 397
6.8.7 Избежание пересечений позади источников лучей..................................... 400
6.8.8 Обсуждение..................................................................................................... 402
Дополнительная литература...................................................................................................... 403
Упражнения................................................................................................................................ 407
* Звездочкой отмечены разделы с продвинутым содержанием, которые можно пропустить при
первом чтении.
ГЛАВА 07 ПРИМИТИВЫ И УСКОРЕНИЕ РЕНДЕРИНГА
НА ПЕРЕСЕЧЕНИЯХ............................................................................................................. 413
7.1 Интерфейс Primitive и геометрические примитивы................................................... 414
7.1.1 Геометрические примитивы.......................................................................... 414
7.1.2 Инстансирование объекта и примитивы в движении.................................. 418
7.2 Агрегаты.......................................................................................................................... 421
7.3 Иерархии ограничивающих объемов............................................................................ 422
7.3.1 Конструкция BVH............................................................................................ 423
7.3.2 Эвристика площади поверхности.................................................................. 430
7.3.3 Линейные иерархии ограничивающих объемов.......................................... 435
7.3.4 Компактный BVH для обхода......................................................................... 443
7.3.5 Тесты ограничения и пересечения................................................................ 445
Дополнительная литература...................................................................................................... 449
Упражнения................................................................................................................................ 455
ГЛАВА 08 СЕМПЛИРОВАНИЕ И РЕКОНСТРУКЦИЯ............................................. 459
8.1 Теория семплирования.................................................................................................. 459
8.1.1 Частотный интервал и преобразование Фурье............................................. 461
8.1.2 Идеальный семплинг и реконструкция......................................................... 463
8.1.3 Алиасинг.......................................................................................................... 466
8.1.4 Понятие пикселя............................................................................................. 467
8.1.5 Семплинг и алиасинг при рендеринге.......................................................... 468
8.1.6 Спектральный анализ шаблонов семплинга................................................. 470
8.2 Семплинг и интегрирование......................................................................................... 473
*8.2.1 Дисперсный анализ Фурье............................................................................. 474
8.2.2 Низкое расхождение и квази-Монте-Карло.................................................. 478
8.3 Интерфейс cемплирования............................................................................................ 481
8.4 Независимый семплер................................................................................................... 484
8.5 Стратифицированный семплер..................................................................................... 485
*8.6 Семплер Халтона............................................................................................................ 491
8.6.1 Точки Хаммерсли и Халтона.......................................................................... 491
8.6.2 Рандомизация через скремблинг.................................................................. 494
8.6.3 Реализация семплера Халтона....................................................................... 498
8.6.4 Оценка............................................................................................................. 502
*8.7 Семплеры Sobol¢.............................................................................................................. 506
8.7.1 Стратификация по элементарным интервалам........................................... 508
8.7.2 Рандомизация и скремблирование............................................................... 509
8.7.3 Генерация семплов Sobol¢............................................................................... 511
8.7.4 Глобальный семплер Sobol¢............................................................................ 512
8.7.5 Заполненный семплер Sobol¢......................................................................... 515
8.7.6 Семплер синего шума Sobol¢.......................................................................... 517
8.7.7 Оценка............................................................................................................. 523
8.8 Реконструкция изображения......................................................................................... 525
8.8.1 Интерфейс Filter.............................................................................................. 527
8.8.2 FilterSampler.................................................................................................... 529
8.8.3 Прямоугольный фильтр.................................................................................. 531
8.8.4 Треугольный фильтр....................................................................................... 533
8.8.5 Фильтр Гаусса.................................................................................................. 534
8.8.6 Фильтр Митчелла............................................................................................ 535
8.8.7 Оконный фильтр Sinc ..................................................................................... 537
Дополнительная литература...................................................................................................... 539
Упражнения................................................................................................................................ 545
ГЛАВА 09 МОДЕЛИ ОТРАЖЕНИЯ................................................................................ 547
9.1 Представление BSDF....................................................................................................... 549
9.1.1 Геометрические установки и соглашения..................................................... 549
9.1.2 Интерфейс BxDF.............................................................................................. 550
9.1.3 Полусферическое отражение.......................................................................... 553
9.1.4 Дельта-распределения в BSDF........................................................................ 554
9.1.5 BSDF................................................................................................................. 555
9.2 Рассеянное отражение.................................................................................................... 557
9.3 Зеркальное отражение и пропускание.......................................................................... 559
9.3.1 Физические обоснования............................................................................... 559
9.3.2 Коэффициент преломления........................................................................... 560
9.3.3 Закон зеркального отражения....................................................................... 562
9.3.4 Закон Снелла................................................................................................... 563
9.3.5 Уравнение Френеля......................................................................................... 567
9.3.6 Уравнение Френеля для проводников........................................................... 568
9.4 BRDF проводника............................................................................................................ 571
9.5 BSDF диэлектрика........................................................................................................... 573
9.5.1 BSDF тонкого диэлектрика............................................................................. 577
*9.5.2 Несимметричное рассеяние и преломление................................................. 579
9.6 Моделирование шероховатости с использованием теории микрограней................. 581
9.6.1 Распределение микрограней......................................................................... 583
9.6.2 Маскирующая функция.................................................................................. 585
9.6.3 Функция маскирования-шейдинга................................................................ 588
9.6.4 Семплинг распределения видимых нормалей............................................. 589
9.6.5 Модель Торренса–Спэрроу............................................................................. 592
9.7 BSDF шероховатого диэлектрика.................................................................................. 597
*9.8 Измеренные BSDF........................................................................................................... 601
9.8.1 Базовые структуры данных............................................................................ 607
9.8.2 Уравнение измеренной BRDF......................................................................... 609
*9.9 Рассеяние от волос.......................................................................................................... 611
9.9.1 Геометрия волос.............................................................................................. 611
9.9.2 Рассеяние от волос.......................................................................................... 613
9.9.3 Продольное рассеяние.................................................................................... 616
9.9.4 Поглощение в волокнах.................................................................................. 618
9.9.5 Азимутальное рассеяние................................................................................ 621
9.9.6 Оценка модели рассеяния.............................................................................. 624
9.9.7 Семплинг......................................................................................................... 626
9.9.8 Коэффициент поглощения волос................................................................... 628
Дополнительная литература...................................................................................................... 629
Упражнения................................................................................................................................ 637
ГЛАВА 10 ТЕКСТУРЫ И МАТЕРИАЛЫ....................................................................... 641
10.1 Семплинг текстур и антиалиасинг................................................................................ 642
10.1.1 Определение частоты семплинга текстуры.................................................. 643
10.1.2 Лучевые дифференциалы на переходе границы между двумя средами.... 650
*10.1.3 Лучевые дифференциалы для зеркального отражения и пропускания...... 651
10.1.4 Фильтрующие функции текстур..................................................................... 655
10.2 Генерация текстурных координат................................................................................. 657
10.2.1 UV-маппинг..................................................................................................... 658
10.2.2 Сферический маппинг.................................................................................... 659
10.2.3 Цилиндрический маппинг............................................................................. 660
10.2.4 Планарный маппинг....................................................................................... 661
10.2.5 3D-маппинг..................................................................................................... 662
10.3 Текстурный интерфейс и базовые текстуры................................................................. 663
10.3.1 Текстура Constant............................................................................................ 664
10.3.2 Текстура Scale.................................................................................................. 664
10.3.3 Текстуры Mix................................................................................................... 666
10.4 Текстуры-изображения.................................................................................................. 668
10.4.1 Управление текстурной памятью.................................................................. 669
10.4.2 Оценка текстуры изображения...................................................................... 671
10.4.3 Текстуры MIP................................................................................................... 672
10.4.4 Фильтрование изображений-текстур............................................................ 675
10.5 Интерфейс материалов и его реализации.................................................................... 681
10.5.1 Реализации Material........................................................................................ 685
10.5.2 Вычисление BSDF на поверхности................................................................. 688
10.5.3 Нормальный маппинг..................................................................................... 691
10.5.4 Рельефный маппинг........................................................................................ 693
Дополнительная литература...................................................................................................... 697
Упражнения................................................................................................................................ 701
ГЛАВА 11 ОБЪЕМНОЕ РАССЕЯНИЕ............................................................................ 704
11.1 Процессы объемного рассеяния.................................................................................... 704
11.1.1 Поглощение..................................................................................................... 706
11.1.2 Эмиссия............................................................................................................ 707
11.1.3 Рассеяние на выходе и затухание.................................................................. 708
11.1.4 Внутреннее рассеяние.................................................................................... 709
11.2 Пропускание................................................................................................................... 711
11.2.1 Нулевое рассеяние.......................................................................................... 714
11.3 Фазовые функции........................................................................................................... 716
11.3.1 Фазовая функция Хеньи−Гринштейна.......................................................... 718
11.4 Передающие среды......................................................................................................... 721
11.4.1 Интерфейс Medium......................................................................................... 723
11.4.2 Однородная среда........................................................................................... 726
11.4.3 Мажорантный итератор DDA......................................................................... 728
11.4.4 Среда с однородной сеткой............................................................................ 734
11.4.5 Среда с сеткой RGB.......................................................................................... 737
Дополнительная литература...................................................................................................... 740
Упражнения................................................................................................................................ 742
ГЛАВА 12 ИСТОЧНИКИ СВЕТА..................................................................................... 745
12.1 Интерфейс источника света........................................................................................... 746
12.1.1 Характеристики фотометрических источников света................................. 750
12.1.2 Класс LightBase................................................................................................ 750
12.2 Точечные источники света............................................................................................. 752
12.2.1 Прожекторы..................................................................................................... 754
12.2.2 Источники света, проецирующие текстуры.................................................. 756
12.2.3 Гониофотометрические источники света..................................................... 760
12.3 Отдаленные источники света........................................................................................ 763
12.4 Протяженные источники света..................................................................................... 765
12.5 Бесконечные протяженные источники света............................................................... 769
12.5.1 Бесконечные источники с однородным светом........................................... 770
12.5.2 Бесконечные источники света, проецирующие изображение.................... 772
*12.5.3 Бесконечные источники света, проецирующие изображения,
ограниченные порталом................................................................................ 777
12.6 Семплинг источников света........................................................................................... 785
12.6.1 Однородный семплинг источников света..................................................... 786
12.6.2 Семплирование по мощности света.............................................................. 787
*12.6.3 Семплинг источника света с BVH.................................................................. 790
Дополнительная литература...................................................................................................... 809
Упражнения................................................................................................................................ 813
ГЛАВА 13 СВЕТОВОЙ ПЕРЕНОС I: ПОВЕРХНОСТНОЕ ОТРАЖЕНИЕ............. 816
13.1 Уравнение светового переноса...................................................................................... 816
13.1.1 Основной вывод.............................................................................................. 817
13.1.2 Аналитические решения для LTE................................................................... 818
13.1.3 Поверхностная форма LTE.............................................................................. 819
13.1.4 Интегралы по пути.......................................................................................... 820
13.1.5 Подынтегральная дельта-функция................................................................ 822
13.1.6 Разделение подынтегральной функции........................................................ 822
13.2 Трассировка пути............................................................................................................ 823
13.2.1 Обзор................................................................................................................ 824
13.2.2 Семплинг пути................................................................................................. 825
13.2.3 Конструкция восходящего пути..................................................................... 826
13.3 Простой трассировщик пути.......................................................................................... 827
13.4 Улучшенный трассировщик пути.................................................................................. 832
13.4.1 Регуляризация пути........................................................................................ 843
Дополнительная литература...................................................................................................... 845
Упражнения................................................................................................................................ 851
ГЛАВА 14 СВЕТОВОЙ ПЕРЕНОС II: ОБЪЕМНЫЙ РЕНДЕРИНГ........................ 854
14.1 Уравнение переноса....................................................................................................... 854
14.1.1 Обобщение нулевого рассеяния..................................................................... 856
14.1.2 Расчет уравнения переноса............................................................................ 857
14.1.3 Семплинг мажорантного пропускания......................................................... 858
*14.1.4 Обобщенное пространство путей.................................................................. 863
*14.1.5 Оценка объемного интеграла пути................................................................ 866
14.2 Интеграторы объемного рассеяния............................................................................... 868
14.2.1 Простой объемный интегратор...................................................................... 868
*14.2.2 Совершенствование методов семплинга...................................................... 873
*14.2.3 Улучшенный объемный интегратор.............................................................. 877
14.3 Рассеяние на слоистых материалах............................................................................... 890
14.3.1 Одномерное уравнение переноса.................................................................. 891
14.3.2 Слоистая BxDF................................................................................................. 893
14.3.3 Проводники и диффузные материалы с покрытием................................... 906
Дополнительная литература...................................................................................................... 907
Упражнения................................................................................................................................ 912
ГЛАВА *15 РЕНДЕРИНГ ВОЛНОВОГО ФРОНТА НА GPU.................................... 915
15.1 Отображение трассировки пути на GPU....................................................................... 917
15.1.1 Базовая архитектура GPU............................................................................... 917
15.1.2 Структуризация вычислений рендеринга..................................................... 923
15.1.3 Обзор системы................................................................................................ 925
15.2 Фундамент реализации.................................................................................................. 927
15.2.1 Спецификация обработки и пространства памяти...................................... 927
15.2.2 Запуск ядер на GPU......................................................................................... 928
15.2.3 Схема массивов структур................................................................................ 929
15.2.4 Очереди обработки......................................................................................... 933
15.3 Реализация трассировщика пути.................................................................................. 937
15.3.1 Запуск работы.................................................................................................. 939
15.3.2 Метод Render()................................................................................................. 939
15.3.3 Генерация лучей камеры................................................................................ 941
15.3.4 Цикл по глубине луча...................................................................................... 945
15.3.5 Генерация семплов.......................................................................................... 947
15.3.6 Тестирование пересечений............................................................................ 949
15.3.7 Передающие среды......................................................................................... 952
15.3.8 Эмиссия, порожденная лучами...................................................................... 953
15.3.9 Поверхностное рассеяние............................................................................... 956
15.3.10 Теневые лучи................................................................................................... 966
15.3.11 Обновление Film............................................................................................. 967
Дополнительная литература...................................................................................................... 968
Упражнения................................................................................................................................ 970
ГЛАВА 16 РЕТРОСПЕКТИВА И БУДУЩЕЕ................................................................ 974
16.1 История pbrt.................................................................................................................... 974
16.2 Альтернативы................................................................................................................. 976
16.2.1 Внеядерный рендеринг.................................................................................. 977
16.2.2 Прешейдинг микрополигональных сеток..................................................... 977
16.2.3 Пакетный трейсинг......................................................................................... 978
16.2.4 Интерактивный и анимационный рендеринг.............................................. 980
16.2.5 Специализированная компиляция................................................................ 980
16.3 Новейшие темы.............................................................................................................. 981
16.3.1 Обратный и дифференцируемый рендеринг................................................ 981
16.3.2 Машинное обучение и рендеринг................................................................. 986
16.4 Будущее........................................................................................................................... 989
16.5 Заключение..................................................................................................................... 990
ПРИЛОЖЕНИЕ А АЛГОРИТМЫ СЕМПЛИНГА.......................................................... 991
A.1 Метод псевдонима.......................................................................................................... 991
A.2 Резервуарный семплинг................................................................................................. 995
A.3 Метод отбраковки........................................................................................................... 998
A.4 Семплинг одномерных функций................................................................................... 999
A.4.1 Семплинг треугольной функции.................................................................. 1000
A.4.2 Семплинг экспоненциальных распределений............................................ 1000
A.4.3 Семплинг функции Гаусса............................................................................ 1001
A.4.4 Семплинг логистической функции.............................................................. 1002
A.4.5 Семплинг функции на интервале................................................................ 1003
A.4.6 Семплинг неинвертируемых CDFS.............................................................. 1004
A.4.7 Семплинг кусочно-постоянных одномерных функций............................. 1005
A.5 Семплинг многомерных функций............................................................................... 1009
A.5.1 Семплинг единичного диска........................................................................ 1009
A.5.2 Однородный семплинг полусфер и сфер..................................................... 1012
A.5.3 Косинусно-взвешенный семплинг полусферы........................................... 1013
A.5.4 Семплинг внутри конуса.............................................................................. 1015
A.5.5 Кусочно-постоянные двумерные распределения....................................... 1015
A.5.6 Оконные кусочно-постоянные двумерные распределения....................... 1018
Дополнительная литература.................................................................................................... 1025
Упражнения.............................................................................................................................. 1027
ПРИЛОЖЕНИЕ B УТИЛИТЫ........................................................................................ 1028
B.1 Запуск системы, очистка и опции............................................................................... 1028
B.2 Математическая инфраструктура............................................................................... 1029
B.2.1 Основные алгебраические функции............................................................ 1030
B.2.2 Целые степени и многочлены...................................................................... 1031
B.2.3 Тригонометрические функции.................................................................... 1032
B.2.4 Логарифмическая и степенная функции.................................................... 1032
B.2.5 Трансцендентные и специальные функции............................................... 1034
B.2.6 Интервальный поиск.................................................................................... 1035
B.2.7 Битовые операции........................................................................................ 1036
B.2.8 Хеширование и случайные перестановки................................................... 1038
*B.2.9 Безошибочные преобразования.................................................................. 1039
B.2.10 Нахождение нулей........................................................................................ 1041
B.2.11 Надежная оценка дисперсии........................................................................ 1044
B.2.12 Квадратные матрицы................................................................................... 1045
B.2.13 Безье-сплайны............................................................................................... 1047
B.2.14 Генерация псевдослучайных чисел.............................................................. 1050
B.2.15 Интервальная арифметика........................................................................... 1053
B.3 Интерактивность.......................................................................................................... 1056
B.3.1 Работа с файлами.......................................................................................... 1057
B.3.2 Кодирование символов и Unicode................................................................ 1057
B.3.3 Печать и форматирование строк................................................................. 1059
B.3.4 Сообщения о ошибках.................................................................................. 1060
B.3.5 Логирование.................................................................................................. 1060
B.3.6 Оператор контроля и отслеживание ошибок при выполнении................ 1061
B.3.7 Отображение изображений.......................................................................... 1063
B.3.8 Рапорт о процессе выполнения.................................................................... 1063
B.4 Контейнеры и управление памятью........................................................................... 1064
B.4.1 Двумерные массивы..................................................................................... 1065
B.4.2 Интернированные объекты.......................................................................... 1066
*B.4.3 Наборы типов................................................................................................ 1067
B.4.4 Тегированные указатели.............................................................................. 1068
B.4.5 Трехмерный семплинг.................................................................................. 1072
B.4.6 Эффективная временная аллокация памяти.............................................. 1073
B.5 Изображения................................................................................................................. 1075
B.5.1 Работа со значениями пикселей.................................................................. 1077
B.5.2 Операции на всем изображении.................................................................. 1079
B.5.3 Чтение и сохранение изображений............................................................. 1080
B.5.4 Изменение размера изображения............................................................... 1082
B.5.5 Пирамиды изображений.............................................................................. 1086
B.5.6 Кодировки цвета........................................................................................... 1089
B.6 Параллельная обработка.............................................................................................. 1090
B.6.1 Конкуренция потоков данных и координация........................................... 1091
B.6.2 Атомики с плавающей запятой.................................................................... 1094
B.6.3 Модели с когерентностью памяти и производительность........................ 1095
B.6.4 Пулы потоков и выполнение параллельных задач..................................... 1096
B.6.5 Функция Parallel для циклов........................................................................ 1100
B.6.6 Асинхронные задачи.................................................................................... 1103
B.6.7 Переменные локального потока.................................................................. 1106
B.7 Статистика.................................................................................................................... 1107
B.7.1 Реализация.................................................................................................... 1109
Дополнительная литература.................................................................................................... 1110
Упражнения.............................................................................................................................. 1111
ПРИЛОЖЕНИЕ C ОБРАБОТКА ОПИСАНИЯ СЦЕНЫ........................................... 1112
C.1 Токенизация и парсинг................................................................................................ 1113
C.2 Управление описанием сцены..................................................................................... 1115
C.2.1 Сущности сцены............................................................................................ 1116
C.2.2 Словари параметров..................................................................................... 1117
C.2.3 Отслеживание графического статуса........................................................... 1121
C.2.4 Создание элементов сцены.......................................................................... 1125
C.3 Создание BasicScene и финальных объектов.............................................................. 1126
C.4 Добавление новых реализаций объекта..................................................................... 1129
Дополнительная литература.................................................................................................... 1130
Упражнения.............................................................................................................................. 1130
ССЫЛКИ................................................................................................................................. 1132
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ........................................................................................... 1182