路径追踪是一种用于展现真实的全局光照的，基于蒙特卡罗方法的光线追踪渲染算法。路径追踪算法对射向物体表面上一点的每一光照样本按照BRDF进行衰减，并进行蒙特卡罗积分。该过程递归地应用于输出图像的每一个像素。若使用物理上精确的物体模型，光源模型（如灯泡），以及光学上精确相机，路径追踪算法将能生成出有照片真实感的图像。
路径追踪自然的模拟了许多其他方法（如光线投射算法和扫描线渲染）上需要进行专门处理的效果（如软阴影，景深，动态模糊，焦散，环境光遮蔽，以及间接光照）。路径追踪的一种扩展是体素路径追踪，该算法考虑了场景中光线的散射。由于其精确且无偏的特点，路径追踪算法也被应用于产生用于测试其他渲染算法的参考图像。
要用路径追踪算法来得到高质量的图像，必须追踪大量的光线来避免留下可见的噪点。
历史
edit1986年，吉姆·卡吉雅提出了渲染方程。[1]之后，路径追踪被作为渲染方程的一种数值解法被引入。十年后，Lafortune又提出了包括双线性追踪的一系列优化方法。[2]
1997年，Eric Veach和Leonidas J. Guibas提出了梅特波利斯光照传输算法，能够利用已经发现的光路来提升复杂场景的渲染效果和性能。
之后，CPU和GPU性能的不断提升推广了路径追踪算法的应用。Tim Purcell首先于2002年实现基于GPU的全局光照算法。[3]2009年2月，英伟达的Austin Robison展示了首个基于GPU的商业路径追踪渲染器。[4]在这之后，又有更多的此类实现发布。[5]这应该归功于日益成熟的GPGPU工具链，如CUDA和OpenCL，以及GPU光线追踪SDK，如OptiX。
路径追踪已经在电影工业中扮演着日益重要的角色。早期运用CG技术的电影依赖于扫描线渲染来产生特效和动画。1998年，蓝天工作室制作了动画短片《棕兔夫人》并赢得了奥斯卡奖。影片由蓝天工作室专有的CGI Studio渲染，展示了软阴影和间接光照特效。2006年，索尼图像工作室制作了《怪兽屋》，这时首部完全使用路径追踪技术渲染的动画电影，由商业渲染器Arnold进行渲染。从2014年的《超能陆战队》起，华特迪士尼动画工作室开始使用其专有的路径追踪渲染器Hypersion进行电影制作。皮克斯动画工作室也在其商业渲染器RenderMan中采用了路径追踪技术。
Notes
edit- ^ Kajiya, J. T. (1986). "The rendering equation". Proceedings of the 13th annual conference on Computer graphics and interactive techniques. ACM. CiteSeerX 10.1.1.63.1402.
{{cite conference}}: Unknown parameter|booktitle=ignored (|book-title=suggested) (help) - ^ Lafortune, E, Mathematical Models and Monte Carlo Algorithms for Physically Based Rendering, (PhD thesis), 1996.
- ^ Purcell, T J; Buck, I; Mark, W; and Hanrahan, P, "Ray Tracing on Programmable Graphics Hardware", Proc. SIGGRAPH 2002, 703 – 712. See also Purcell, T, Ray tracing on a stream processor (PhD thesis), 2004.
- ^ Robison, Austin, "Interactive Ray Tracing on the GPU and NVIRT Overview", slide 37, I3D 2009.
- ^ Vray demo; Other examples include Octane Render, Arion, and Luxrender.