使用空间填充曲线加速全局照明 - 它是如何工作的？

Posted 2023-04-17

【中文标题】使用空间填充曲线加速全局照明 - 它是如何工作的？

【英文标题】：Speeding up global illumination using space filling curves - How does it works?

【发布时间】：2012-11-27 04:55:43

【问题描述】：

仅出于学习目的，我正在研究光线追踪技术。我最近发现了 Global Illumation 及其变体，阅读了 Kevin Beason 的这部惊人的作品。 我确实尝试过用另一种语言（Lua）移植 smallpt。

到目前为止，我的工作正常，但在我看来它渲染场景太慢了。 到目前为止，我在互联网上进行了挖掘，并且我在很多涉及该主题的技术论文中看到，这是全局照明技术的主要问题，尤其是路径跟踪。

在我看来，有一些方法可以加快这个过程，例如间距填充曲线（例如希尔伯特曲线）。基本上，它们都将视口划分为桶（或图块），然后命令渲染以特定顺序在每个桶上处理路径跟踪。从技术上讲，我没有研究如何实现希尔伯特曲线，但我想了解，在实践中，这如何可以使整个过程更快？

我的第一个假设是，考虑到每个桶设备，渲染器是在特定像素上调用的，然后其他是使用插值技巧的样本，但实际上，似乎是在桶上的每个单个像素上调用渲染器。

因此，以我的拙见，渲染器将处理地图的所有像素，这导致与两个嵌套 for 循环（每行、每列）相同的工作量。所以我知道我显然遗漏了一些东西，因此期待一些清晰的解释。

提前致谢。

【问题讨论】：

没人？这是项目存储库的链接，实际上是Smallpt-Lua。谢谢。

【参考方案1】：

Smallpt 旨在以尽可能少的代码行来演示具有路径跟踪的全局照明。因此，它没有任何性能优化。

对于比简单场景更复杂的任何场景，大部分渲染时间都花在计算光线沿其路径下一个命中的对象上，因为对于每条光线都必须执行多次。

一个简单的实现需要，对于每一次光线反弹，计算光线与场景中每个对象的交集，以确定下一个被击中的对象。

为了改进这一点，加速结构用于减少必须计算的光线/对象交叉点的数量，通常通过分割包围场景的体积来避免不必要的交叉测试。 p>

主要有两种方法：

KD Trees - 与二进制空间分区树有关。 Bounding volume hierarchy - 包含对象和其他框的（通常）轴对齐框的层次结构。

性能方面两者都同样出色，但我相信 BVH 更易于实施。

【讨论】：

感谢 Jon，这绝对是我一直在寻找的空间分区技术。我会调查的。

酷。我首先推荐BVH。我尝试了 KD-Trees，虽然我最终让它们工作了，但调试起来并不有趣。

【参考方案2】：

我不知道那种方法，但单独平铺可以提高性能，因为它可以提高复杂场景的缓存使用率 - 即。不是从左到右扫描，而是在场景中游荡，将所有内容都放入缓存中，通过一次做图块，比如说，几百条光线全部落入场景的大致相同区域，而不是愉快地穿过它，这意味着只有该区域的数据需要在缓存中。当然，无论如何，次级射线基本上是随机的，所以如果你使用路径追踪，第一条射线可能不会那么重要。不过，它可能对光子映射更有帮助。

无论如何，也许空间填充曲线在那里做类似的事情。除此之外，我不知道它们的用途。

[edit] 尝试将它们取出，看看性能是否有变化。