实时渲染突破：混合延迟方法实现光线跟踪

本文档探讨了实时路径追踪（Real-time Path Tracing）在建筑可视化领域的一项创新技术——混合延迟方法（Hybrid Deferred Approach）。作者Thomas Schander 和 Clemens Musterle在2017年的GTCEUR会议上分享了他们的研究成果，目标是解决传统实时渲染中的质量和性能挑战，尤其是在大规模建筑设计项目中的光照交互（GI）问题。 首先，实时路径追踪是计算图形学中的一个高级技术，用于生成高质量的图像，但其计算密集度使得将其应用于实时场景具有挑战。传统的实时渲染通常受限于实时质量的妥协，如漏光（Light Leaking）、离屏反射、与复杂 BRDF（ Bidirectional Reflectance Distribution Function）不兼容的间接阴影以及高频率的间接照明等问题。 Enscape是一个专为建筑领域设计的实时渲染插件，由世界顶级100强建筑公司中有78家采用，它允许设计师实时看到模型变化的效果。然而，这些大型项目的复杂性和高多边形数量使得传统的实时渲染无法处理，因为它们依赖于预计算，且不具备扩展到接近离线渲染质量的能力。 混合延迟方法旨在解决这一问题。它结合了延迟（Deferred）和即时（Rasterization）渲染技术的优势。在延迟渲染中，通过G-Buffer（颜色、法线、深度等信息的缓冲区）存储中间结果，然后在后期阶段进行路径追踪计算。而在即时渲染中，直接在屏幕上进行像素着色，适合实时反馈。 混合延迟方法的关键在于决定何时使用哪种技术。在某些情况下，可能在屏幕空间（SS）进行简单的判断，比如在最近帧的基础上重新投影（Last frame's reprojection），来决定是否需要启动新的光线追踪。而在其他情况下，可能在构建的Bounded Volume Hierarchy（BVH）中进行更为精确的轨迹追踪，利用BVH来优化光线查询，减少不必要的计算。 此外，混合方法还涉及到一个有效的Ray Queue管理和Radiance Buffer，用于储存和传递辐射度信息。这使得系统能够在保持高性能的同时，逐渐逼近离线路径追踪的无偏质保。 文章还提到了一些相关的实时光照追踪技术，如SSDO（Screen Space Direct Illumination）、Ritschel的Voxel Cone Tracing、McGuire的Light Field Probes、LPVs（Light Propagation Volumes）和Kaplanyan的Ray Visibility Sampling。这些技术都是为了克服传统实时GI的局限，提供更接近真实世界的光照效果。 混合延迟方法是一个有前景的解决方案，它通过整合多种渲染策略，兼顾了实时渲染的响应速度和离线渲染的图像质量，为建筑设计软件带来了显著的性能提升和视觉改进。这对于推动建筑可视化行业的实时渲染能力具有重要意义。