游戏渲染中光和材质的数学魔法

June 25, 2023About 15 min

游戏引擎的渲染-Lighting Materials and Shaders

Info

Radiance: 辐射度(辐射能量)，往外反射出的能量。

Irradiance: incoming Radiance，入射能量。

bounce: 这里是指光的弹射

如图所示，假如物体表面非常光滑，观察到的结果是物体可以对环境进行反射。
Hack:
- 使用环境贴图—用6个面的cube保存
- 根据Observer的观察角度和物体的表面法线在Cube里找到对应贴图的点。
- 近似描述了环境中高频的内容--specular(镜面)

问题1：
- 叠加光线存在能量溢出(不能保守)，离线渲染(比如光追)时会进一步放大这个误差。
- energy conservative→建议翻译成能量保守，因为入射光反射出去的强度只会小于等于原始强度
问题2：
- 怎么渲染都像塑料，很难渲染一些真实世界的材质.

从光的视角渲染一张你的场景，获取可见深度，用来标识到光的距离。
相机渲染的时候，每个点通过反向投影，投影到光源视角的projection，可以得到一个距离。
如果这个距离大于最近的遮挡物距离的话，说明在Shadow中，反之亦然。
games101 有更详细的描述

问题1：
- 从光的视角渲染和相机视角渲染的采样率不一样，前者会更低。
  这样会导致出现jagged edges(边缘锯齿), Aliasing(混叠),自遮挡的问题。
问题2：
- 光源靠近地平线时, 光源和场景中物体角度很低，导致阴影变得很长很扭曲无法准确反应场景中对象的形状。

Pre-computed Global IIIumination

简单来讲直接光照和间接光照都存在的情况被称为全局光照

照片通过傅里叶变换从空间域保存到频域
时域图：
- 是一张波形图，展示了波的周期性变化
- 时域的x轴是时间，y轴是信号值。
频域图：
- 在频域中，x轴通常是频率，而y轴可以代表多种不同的信息。比如每5秒跳2次， 5代表X轴的频率，2次代表Y轴上的强度、
  一种常见的方式是使用幅度谱，y轴代表信号在对应频率上的幅度。
  另一种方式是使用功率谱，y轴代表信号在对应频率上的功率。
将纹理转换为灰度图像：
纹理通常是彩色图像，而频域转换需要处理的是灰度图像。
对灰度图像进行二维傅里叶变换（2D FFT）：二维傅里叶变换将灰度图像从时域转换为频域，得到灰度图像在不同频率上的分量。
具体而言，傅里叶变换会将图像分解为一系列的正弦和余弦函数，每个函数的频率和振幅都不同。
对傅里叶变换后的结果进行滤波：滤波是为了去除一些不需要的频率分量或弱化一些频率分量。
比如，在纹理合成中，我们可能想要弱化高频分量，以便生成更加自然的纹理。
对滤波后的结果进行反变换：反变换将频域图像转换回时域图像，得到一张新的纹理图像。
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