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光线追踪精粹——基于DXR及其他API的高质量实时渲染


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光线追踪精粹——基于DXR及其他API的高质量实时渲染
  • 书号：9787030695208
    作者：张静,黄琦,张鹏飞
  • 外文书名：
  • 装帧：锁线胶订
    开本：16
  • 页数：428
    字数：699000
    语种：zh-Hans
  • 出版社：科学出版社
    出版时间：2021-08-01
  • 所属分类：
  • 定价： ￥188.00元
    售价： ￥148.52元
  • 图书介质:
    纸质书

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本书共分七大部分：第一部分帮你理解现代光线追踪的基础知识和进行高效渲染所需的思维模式；第二部分为从事光线追踪器编写工作的读者提供一些对于问题的洞察，乃至解决方案；第三部分介绍构建一个产品级的光线追踪渲染器时对基本的效果进行处理的方法；第四部分介绍采样的相关知识；第五部分介绍了多个实用的降噪和滤波技术；第六部分展示五种混合使用光栅和光线追踪的渲染系统；第七部分介绍了用光线追踪实现全局光照的五个开拓性工作。本书提供了不少独门绝技，当这些技巧和技术由撰写本文的专家们分享出来时，它们成为了无价的珠宝。
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    第一部分 光线追踪基础
    第1章 光线追踪术语 3
    1.1 历史回顾 3
    1.2 定义 4
    参考文献 7
    第2章 什么是光线？ 9
    2.1 光线的数学表示 9
    2.2 光线区间 10
    2.3 DXR中的光线 11
    2.4 小结 12
    参考文献 12
    第3章 DirectX光线追踪介绍 13
    3.1 介绍 13
    3.2 概述 13
    3.3 准备就绪 14
    3.4 DirectX光线追踪管线 14
    3.5 HLSL针对DXR的新增支持 16
    3.5.1 在HLSL中生成新的光线 17
    3.5.2 在HLSL中控制光线遍历 17
    3.5.3 额外的HLSL内部函数 18
    3.6 一个简单的HLSL光线追踪案例 19
    3.7 主机端初始化DXR 20
    3.8 基础的DXR初始化和设置 21
    3.8.1 几何体和加速结构 22
    3.8.2 根签名 25
    3.8.3 编译着色器 26
    3.9 光线追踪管线状态对象（RTPSO） 27
    3.10 着色器表 30
    3.11 发射光线 32
    3.12 挖掘更深和更多的资源 33
    3.13 小结 33
    参考文献 34
    第4章 天文馆球幕相机 36
    4.1 介绍 36
    4.2 方法 36
    4.2.1 从视口坐标计算光线方向 38
    4.2.2 环形立体投影 40
    4.2.3 景深 42
    4.2.4 抗锯齿 43
    4.3 天文馆球幕投影的示例代码 43
    参考文献 43
    第5章 计算子数组的最小值和最大值 45
    5.1 动机 45
    5.2 整表查询法 45
    5.3 稀疏表查询法 46
    5.4 区间树递归查询法 47
    5.5 区间树迭代查询法 48
    5.6 结果 50
    5.7 小结 51
    参考文献 51
    第二部分 相交和效率
    第6章 避免自相交的快速可靠的方法 55
    6.1 引言 55
    6.2 方法 55
    6.2.1 计算物体表面上的交点 55
    6.2.2 避免自相交 57
    6.3 小结 60
    参考文献 61
    第7章 光线/球体相交检测的精度提升 62
    7.1 光线/球体相交基础 62
    7.2 浮点精度探究 63
    7.3 相关资源 66
    参考文献 67
    第8章 精巧的曲面：计算光线/双线性曲面相交的几何方法 68
    8.1 引言与当前技术 68
    8.1.1 性能测试 70
    8.1.2 网格四边形化 70
    8.2 GARP细节 71
    8.3 结果讨论 73
    8.4 代码 76
    参考文献 77
    第9章 DXR中的多重命中光线追踪 80
    9.1 引言 80
    9.2 实现 81
    9.2.1 朴素的多重命中遍历 83
    9.2.2 节点剔除多重命中BVH遍历 85
    9.3 结果 86
    9.3.1 性能测量 86
    9.3.2 讨论 89
    9.4 结论 90
    参考文献 91
    第10章 一种具有高扩展效率的简单负载均衡方案 92
    10.1 引言 92
    10.2 要求 92
    10.3 负载均衡 93
    10.3.1 简单分块 93
    10.3.2 任务大小 93
    10.3.3 任务分布 94
    10.3.4 图像组装 95
    10.4 结果 96
    参考文献 97
    第三部分 反射，折射与阴影
    第11章 嵌套volume中材质的自动处理 101
    11.1 volume的建模 101
    11.1.1 独立边界 101
    11.1.2 添加空气间隙 102
    11.1.3 重叠的边界 102
    11.2 算法 103
    11.3 局限性 106
    参考文献 107
    第12章 基于微表面阴影函数解决凹凸贴图中的阴影边界问题 108
    12.1 介绍 108
    12.2 之前的工作 109
    12.3 方法 109
    12.3.1 法线分布函数 110
    12.3.2 阴影函数 112
    12.4 结果 113
    参考文献 114
    第13章 光线追踪阴影：保持实时帧速率 115
    13.1 介绍 115
    13.2 相关工作 116
    13.3 光线追踪阴影 117
    13.4 自适应采样 119
    13.4.1 时间重投影 119
    13.4.2 识别半影区域 120
    13.4.3 计算采样数目 121
    13.4.4 采样Mask 121
    13.4.5 计算可见性 122
    13.5 实现 123
    13.5.1 采样点集生成 124
    13.5.2 按距离剔除灯光 124
    13.5.3 限制总采样数 124
    13.5.4 在前向渲染管线中集成 125
    13.6 结果 127
    13.6.1 与阴影映射（方法）的对比 127
    13.6.2 软阴影与硬阴影对比 128
    13.6.3 限制 129
    13.7 总结和未来的工作 129
    参考文献 130
    第14章 DXR下的在单散射介质中引导光线的体积水焦散 132
    14.1 介绍 132
    14.2 体积光和折射光 134
    14.3 算法 136
    14.3.1 计算光束压缩比 136
    14.3.2 渲染焦散图 137
    14.3.3 光线追踪折射焦散图和累积表面焦散 138
    14.3.4 自适应地对水表面的三角形进行曲面细分 139
    14.3.5 构建三角形光束体积 140
    14.3.6 使用加算混合方式渲染体积焦散 140
    14.3.7 结合表面焦散和体积焦散 141
    14.4 实现细节 141
    14.5 结果 141
    14.6 将来的工作 143
    14.7 演示 143
    参考文献 143
    第四部分 采样
    第15章 重要性采样 147
    15.1 引言 147
    15.2 例子：环境光遮蔽 148
    15.3 理解方差 151
    15.4 直接光照 153
    15.5 结论 155
    参考文献 156
    第16章 采样变换集合 157
    16.1 采样机制 157
    16.2 样本分布介绍 157
    16.3 一维分布 159
    16.3.1 线性函数 159
    16.3.2 三角形函数 159
    16.3.3 正态分布 159
    16.3.4 一维离散分布采样 160
    16.4 二维分布采样 162
    16.4.1 双线性 162
    16.4.2 二维纹理分布 162
    16.5 均匀表面采样 165
    16.5.1 圆盘 165
    16.5.2 三角形 166
    16.5.3 三角形网格 167
    16.5.4 球 167
    16.6 方向采样 168
    16.6.1 Z轴向余弦加权半球 169
    16.6.2 向量轴向余弦加权半球 169
    16.6.3 锥体方向采样 169
    16.6.4 PHONG分布采样 170
    16.6.5 GGX分布 170
    16.7 体积散射 171
    16.7.1 体积中的距离 171
    16.7.2 Henyey-Greenstein相函数 172
    16.8 添加到集合中 172
    参考文献 173
    第17章 忽略光线追踪时的不便 174
    17.1 引言 174
    17.2 动机 174
    17.3 截断法 176
    17.4 路径正则化 176
    17.5 总结 177
    参考文献 178
    第18章 GPU实现的多光源重要性采样 179
    18.1 概述 179
    18.2 传统算法回顾 180
    18.2.1 实时光源剔除 180
    18.2.2 多光源的算法 181
    18.2.3 光源重要性采样 181
    18.3 基础知识回顾 182
    18.3.1 光照积分 182
    18.3.2 重要性采样 183
    18.3.3 对光源的光线追踪 185
    18.4 算法 186
    18.4.1 光源的预处理 186
    18.4.2 加速结构 187
    18.4.3 光源重要性采样 188
    18.5 结果 190
    18.5.1 性能 192
    18.5.2 图像质量 194
    18.6 结论 196
    参考文献 197
    第五部分 降噪与滤波
    第19章 利用实时光线追踪和降噪技术在UE4中进行电影渲染 203
    19.1 引言 203
    19.2 在UE4中集成光线追踪功能 203
    19.2.1 阶段1：实验性的整合 204
    19.2.2 阶段2 210
    19.3 实时光线追踪和降噪处理 211
    19.3.1 基于光线追踪的阴影 211
    19.3.2 基于光线追踪的反射 214
    19.3.3 基于光线追踪的全局漫反射照明 218
    19.3.4 光线追踪中的透明度 221
    19.4 结论 222
    参考文献 223
    第20章 实时光线追踪的纹理LOD策略 224
    20.1 简介 224
    20.2 背景 225
    20.3 纹理LOD算法 226
    20.3.1 MIP第0层的双线性滤波 226
    20.3.2 射线微分 226
    20.3.3 射线微分与G-Buffer 229
    20.3.4 射线锥 230
    20.4 实现 234
    20.5 对照及结果 236
    20.6 代码 239
    参考文献 241
    第21章 使用射线锥和射线差分进行环境贴图的过滤 242
    21.1 引言 242
    21.2 射线锥 243
    21.3 射线差分 243
    21.4 结果 244
    参考文献 244
    第22章 通过自适应光线追踪改进时域抗锯齿 245
    22.1 简介 245
    22.2 时域抗锯齿相关工作 247
    22.3 一种新算法 247
    22.3.1 分割策略 248
    22.3.2 稀疏光线追踪超采样 251
    22.4 初步结果 253
    22.4.1 画面质量 253
    22.4.2 性能 254
    22.5 局限性 255
    22.6 实时光线追踪抗锯齿技术的未来 256
    22.7 结论 256
    参考文献 257
    第六部分 混合方法及系统
    第23章 寒霜引擎中的交互式光照贴图和辐照度体预览 261
    23.1 介绍 261
    23.2 全局光照解算器管线 262
    23.2.1 输入与输出 262
    23.2.2 全局光照解算器管线的总览 265
    23.2.3 光照计算与光路构建 266
    23.2.4 光源 269
    23.2.5 特殊材质 270
    23.2.6 规划待计算纹素 271
    23.2.7 性能开销 272
    23.2.8 后处理 272
    23.3 加速技术 275
    23.3.1 视图优先级 275
    23.3.2 灯光加速结构 275
    23.3.3 辐照度缓存 276
    23.4 实时更新 279
    23.4.1 生产环境中的灯光艺术家的工作流 279
    23.4.2 场景操控与数据更新 279
    23.5 性能与硬件 280
    23.5.1 方法 280
    23.5.2 结果 281
    23.5.3 硬件配置 284
    23.6 结论 285
    参考文献 286
    第24章 基于光子映射的全局光照 287
    24.1 介绍 287
    24.2 光子追踪 288
    24.2.1 基于RSM的第一次反弹 289
    24.2.2 跟随光子路径 290
    24.2.3 DXR的执行 291
    24.3 屏幕空间辐照度估计 293
    24.3.1 定义splatting内核 294
    24.3.2 光子发射 297
    24.4 滤波 299
    24.4.1 时间滤波 299
    24.4.2 空间滤波 300
    24.4.3 考虑正常阴影的影响 302
    24.5 结果 303
    24.6 未来工作 305
    24.6.1 忽略splatting过程优化辐射分布 305
    24.6.2 用于方差裁剪细节系数的自适应常数 305
    参考文献 306
    第25章 基于实时光线追踪的混合渲染器 307
    25.1 混合渲染器综述 307
    25.2 管线详细介绍 308
    25.2.1 阴影 309
    25.2.2 反射 313
    25.2.3 环境光遮蔽 318
    25.2.4 透明物体的渲染 320
    25.2.5 透光物体的渲染 322
    25.2.6 全局光照 324
    25.3 性能 329
    25.4 未来 330
    25.5 代码 330
    参考文献 332
    第26章 延迟的混合路径追踪 334
    26.1 综述 334
    26.2 混合渲染方法 335
    26.3 遍历BVH 336
    26.3.1 选择几何体 336
    26.3.2 顶点处理 337
    26.3.3 着色 337
    26.4 漫反射分量的传播 338
    26.4.1 启发式光线生成 338
    26.4.2 基于前一帧的重投影 339
    26.4.3 优化多次渲染进行时间和空间滤波 340
    26.5 高光分量的传播 341
    26.5.1 时间累积 341
    26.5.2 重用漫反射波瓣 342
    26.5.3 基于路径追踪的间接光照 342
    26.5.4 估计波瓣的足迹（lobe footprint estimation） 342
    26.6 半透明物体 343
    26.7 性能 343
    26.7.1 用于虚拟现实的立体渲染 345
    26.7.2 讨论 345
    参考文献 345
    第27章 基于光线追踪的高品质科学可视化 347
    27.1 简介 347
    27.2 光线追踪在大场景渲染中的挑战 348
    27.2.1 使用正确的几何图元 348
    27.2.2 冗余消除、压缩及量化 348
    27.2.3 关于加速结构的思考 351
    27.3 可视化方法 351
    27.3.1 科学可视化中的环境光遮蔽 352
    27.3.2 强化透明表面的边缘 355
    27.3.3 剔除过多的透明表面 356
    27.3.4 轮廓描边 358
    27.3.5 裁剪平面和球体 359
    27.4 结尾的思考 361
    参考文献 362
    第七部分 全局光照
    第28章 对不均匀的介质进行光线追踪 367
    28.1 光在介质中的传输 367
    28.2 Woodcock跟踪 368
    28.3 示例：对介质进行简单的路径追踪 369
    28.4 延伸阅读 374
    参考文献 374
    第29章 光线追踪中的高效粒子体积喷溅 375
    29.1 动机 375
    29.2 算法 376
    29.3 实现 377
    29.3.1 光线生成着色器 377
    29.3.2 相交着色器和任意命中着色器 379
    29.3.3 排序和优化 379
    29.4 结果 380
    29.5 总结 380
    参考文献 381
    第30章 使用屏幕空间光子映射技术渲染焦散 382
    30.1 引言 382
    30.2 概述 383
    30.3 实现 384
    30.3.1 光子发射和光子追踪 384
    30.3.2 光子收集 387
    30.3.3 光照 388
    30.4 结果 388
    30.4.1 局限与未来工作 389
    30.4.2 深度缓冲区中的透明对象 389
    30.4.3 实际应用 389
    30.5 代码 390
    参考文献 390
    第31章 在路径重用下使用迹估计减少方差 392
    31.1 介绍 392
    31.2 为什么假设完全重用会导致MIS权重的破坏 393
    31.3 有效重用因子 394
    31.3.1 一个近似的解决方案 394
    31.3.2 迹的估计 395
    31.4 实现影响 397
    31.5 结果 398
    参考文献 400
    第32章 使用辐射度缓存的精确的实时高光反射 402
    32.1 介绍 402
    32.2 之前的工作 403
    32.2.1 平面反射 403
    32.2.2 屏幕空间反射 404
    32.2.3 基于图像的照明 404
    32.2.4 混合方法 404
    32.2.5 其他 404
    32.3 算法 405
    32.3.1 辐射度缓存 406
    32.3.2 光线追踪 407
    32.3.3 光线辐射度计算 409
    32.4 时空滤波 414
    32.4.1 空间滤波 414
    32.4.2 时间滤波 416
    32.4.3 反射运动向量 417
    32.5 结果 421
    32.5.1 性能 422
    32.5.2 质量 424
    32.6 总结 426
    32.7 未来工作 427
    参考文献 427
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