体素光线追踪：Voxel Cone Tracing实现全局光照详解

本文档深入探讨了基于体素光线追踪（Voxel Cone Tracing）的全局光照（Global Illumination，GI）技术，这是一种在现代物理渲染中广泛应用的技术，特别是在游戏开发中，如Unreal Engine 4（UE4）的Sparse Voxel Octree RTGI实现。Voxelization（体素化）是整个算法的关键步骤，它将复杂的场景转换为可处理的、离散的体积数据结构，以便于后续的光线追踪计算。 体素化方法有多种选择，包括： 1. 原始碰撞检测：直接与场景几何体交互，效率较低，可能需要GPU加速，但不适合实时场景更新的需求。 2. CUDA体素操作：利用GPU并行计算的优势，如通过CUDA实现的光栅化方法，理论上能提升速度，但在实际应用中与现有引擎集成可能复杂。 3. GPU Rasterization和DirectCompute结合：这种方法无需特殊管线，易于集成到现有渲染系统，且利用了DX11和OGL4.0的新特性，能够实现实时高效的体素化。作者推荐了一篇OpenGLInsight中的文章，展示了如何使用OpenGL进行光栅化来体素化。 体素化的主要流程包括： - 使用与细分分辨率一致的正交投影窗口对场景中的每个三角形进行渲染。 - 计算每个三角形的最大投影区域，以便于在其位置进行光栅化，提高效率。 - 在每个光栅化像素中执行Shader，将对应体素信息存储到3D纹理（如OGL的imageStore或DX11的RWTexture3D）中。 - 对六个投影轴方向分别进行这些操作，确保全面覆盖所有光照信息。 这种算法的实现不仅关注静态场景的GI计算，还考虑了动态场景和光源的处理，因此体素化需要实时更新以适应变化。总体来说，Voxel Cone Tracing是物理渲染中的一个重要技术，通过高效的体素化和光线追踪，为游戏和实时渲染提供了更真实的全局光照效果。