elvishray新算法框架-資料下載頁(yè)
2025-06-19 14:06本頁(yè)面
【正文】 IT中索引值所指的幾何數(shù)據(jù)進(jìn)行求交，這樣，無(wú)論一個(gè)物體有多少個(gè)物體實(shí)例，只需要儲(chǔ)存多個(gè)GPIT，而不需要儲(chǔ)存多個(gè)真實(shí)的幾何數(shù)據(jù)，而GPIT本身相對(duì)較小，所以這極大的節(jié)省了內(nèi)存。下面我們討論如何擴(kuò)展GPIT（eXtended GPIT，簡(jiǎn)稱XGPIT），使之能夠處理動(dòng)態(tài)光線追蹤。XGPIT及相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖所示：MTGP是Multiresolution Tessellated Geometric Primitives的縮寫，每個(gè)primitive對(duì)應(yīng)一個(gè)MTGP，其中包含了該primitive各個(gè)細(xì)節(jié)層次的鑲嵌表示。需要保證MTGP中每次Retessellation后生成的三角形順序均與之前的順序相同。可以考慮增量式細(xì)分，即后一層次的細(xì)分表示在前一層次的細(xì)分表示的基礎(chǔ)上生成，只計(jì)算并儲(chǔ)存那些新加入的頂點(diǎn)。(1) 生成在相應(yīng)結(jié)點(diǎn)包圍盒內(nèi)的subGPIT。(2) 為了加速，可以將靜態(tài)的triangles和motion triangles合并到subGPIT中。(3) 將subGPIT放入對(duì)應(yīng)的kdtree結(jié)點(diǎn)中分割，建立subtree。(4) 各個(gè)primitive相互獨(dú)立的細(xì)分，生成各自對(duì)應(yīng)的MTGP。RT時(shí)，對(duì)動(dòng)態(tài)部分進(jìn)行兩步查找，先按patch ID找到patch，然后在patch中按當(dāng)前光線的ray differentials決定的細(xì)分層次尋找相應(yīng)的subtriangle ID指示的三角，與之求交，這里去掉了指針的概念，因?yàn)閒lushable幾何體均可以重建，所以先按ID查找，若不存在則重建（通過(guò)Retessellation）。XGPIT將幾何體分為兩部分儲(chǔ)存，靜態(tài)和動(dòng)態(tài)部分。這樣的好處是改變動(dòng)態(tài)部分時(shí)，靜態(tài)部分不受影響，因?yàn)橹挥袆?dòng)態(tài)部分需要重建，這允許我們單獨(dú)處理動(dòng)態(tài)部分，而且可以很方便的將靜態(tài)部分合并到動(dòng)態(tài)部分中去統(tǒng)一處理。靜態(tài)部分即不會(huì)再改變的triangles和motion triangles部分，而動(dòng)態(tài)部分是我們討論的重點(diǎn)，這里面可以包括任意的高級(jí)幾何體，這是一個(gè)指向高級(jí)幾何體指針的列表，為了增強(qiáng)系統(tǒng)的靈活性，可以泛化對(duì)高級(jí)幾何體的操作，這樣我們便擁有了一個(gè)能夠任意添加新的幾何體類型的開(kāi)放系統(tǒng)（類似REYES），我們?cè)龠@里將所有高級(jí)的Geometric Primitives統(tǒng)稱為primitive，這可以包括Parametric Surfaces, NURBS Surfaces和Subdivision Meshes等。首先，我們看看kdtree現(xiàn)在的基本結(jié)構(gòu)如圖：因?yàn)槲覀冎皇菙U(kuò)展了GPIT，所以不必改變kdtree結(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，而且對(duì)于XGPIT所指的subtree，可以重用同樣的原先為kdtree寫的建立與遍歷代碼。現(xiàn)在的光線追蹤過(guò)程為，首先，primitives得到其包圍盒，因此primitive需要一個(gè)抽象的Bound操作，隨后按照primitives的包圍盒建立kdtree的靜態(tài)部分，直到所有primitives都被放入leaf node指向的GPIT或XGPIT中（若不存在需要?jiǎng)討B(tài)光線追蹤的高級(jí)幾何體，則XGPIT退化為GPIT，這個(gè)性質(zhì)保證了中小規(guī)模的渲染速度不受影響），對(duì)于XGPIT，每次追蹤光線時(shí)，判斷subtree是否已建立，若已建立，則按ray differentials與Edge Length比較結(jié)果來(lái)選擇合適的細(xì)分層次，若相應(yīng)的node未建立，則遍歷primitives，調(diào)用其抽象操作，Tessellate(int level)，生成相應(yīng)層次的細(xì)分后三角形（這樣設(shè)計(jì)具有靈活性，因?yàn)閜rimitive之間相互獨(dú)立細(xì)分，便于并行，但是具體的細(xì)分方法卻沒(méi)有限制，而且與kdtree的具體結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)，所以可以使用任何可能的細(xì)分方法。并且primitive未必就是數(shù)學(xué)表示上的單塊patch，可以根據(jù)performance選擇多塊patch甚至整個(gè)surface作為primitive來(lái)一起細(xì)分，所以究竟以什么作為細(xì)分操作的基本單位可以靈活的選擇），將這些三角形與leaf node的包圍盒做測(cè)試，將位于該包圍盒中的三角形加入subGPIT中，建立起subGPIT，并將leaf node中的靜態(tài)部分合并進(jìn)去，然后使用通常的kdtree建立方法生成subtree，并讓XGPIT中相應(yīng)層次的node指針指向該subtree，若subtree未建立，則估算所有可能層次的Edge Length并寫入XGPIT中（可以通過(guò)包圍盒大小估算，也可以做試探性的細(xì)分，進(jìn)行更精確的估算），之后按已建立subtree的情況處理?？偨Y(jié)回顧前面提到的mental ray的一些缺點(diǎn)，我們逐一考察新算法框架是否能夠解決這些問(wèn)題：1. 新方法分開(kāi)了hiding和shading過(guò)程，分解了各種特效的控制參數(shù)（主要是shading rate），故各種特效增加的渲染時(shí)間不再與象素?cái)?shù)目有關(guān)，并且它們可以各自單獨(dú)控制，增大反走樣并不增加反射/折射。2. 新方法統(tǒng)一了多種算法，用同一個(gè)框架實(shí)現(xiàn)各種光線類型的優(yōu)化，清晰且易于維護(hù)，由于通常只使用eye geometry cache，所以Reyes渲染器的用戶可以很容易的讓他們的經(jīng)驗(yàn)派上用場(chǎng)，對(duì)渲染時(shí)間、內(nèi)存用量與渲染結(jié)果的預(yù)測(cè)更加容易。3. 由于允許在各種shader中運(yùn)用Russian Roulette（而不僅是Photon Shader），所以渲染時(shí)間與反射/折射層次數(shù)的關(guān)系由指數(shù)降為線性。4. 各種效果由各自的參數(shù)獨(dú)立控制，開(kāi)啟多種效果的時(shí)間復(fù)雜度可以簡(jiǎn)單表示為各種效果的時(shí)間復(fù)雜度的線性組合。5. 分解各種特效的控制參數(shù)雖然增多了參數(shù)數(shù)目，但不同類型光線的對(duì)應(yīng)參數(shù)的意義都是相同的，且十分直觀而易于調(diào)整，不但提高了渲染速度，還提高了制作效率?？傊?，我個(gè)人認(rèn)為elvish ray新算法框架在理論上可行，關(guān)鍵就是期待其實(shí)現(xiàn)了。10 / 10
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