光线追踪精粹——基于DXR及其他API的高质量实时渲染

图书标准信息

• 作者 [美]埃里克·海恩斯（Eric Haines） 著；Haines 编；[美]Eric、张静、黄琦、张鹏飞 译
• 出版社 科学出版社
• 出版时间 2021-08
• 版次 1
• ISBN 9787030695208
• 定价 188.00元
• 装帧 平装
• 开本 16开
• 纸张 胶版纸
• 页数 428页

【内容简介】

《光线追踪精粹――基于DXR及其他API的高质量实时渲染》共分七大部分：第一部分帮你理解现代光线追踪的基础知识和进行高效渲染所需的思维模式；第二部分为从事光线追踪器编写工作的读者提供一些对于问题的洞察，乃至解决方案；第三部分介绍构建一个产品级的光线追踪渲染器时对基本的效果进行处理的方法；第四部分介绍采样的相关知识；第五部分介绍了多个实用的降噪和滤波技术；第六部分展示五种混合使用光栅和光线追踪的渲染系统；第七部分介绍了用光线追踪实现全局光照的五个开拓性工作。《光线追踪精粹――基于DXR及其他API的高质量实时渲染》提供了不少独门绝技，当这些技巧和技术由撰写《光线追踪精粹――基于DXR及其他API的高质量实时渲染》的专家们分享出来时，它们成为了无价的珠宝。

【目录】

目录 

第一部分 光线追踪基础 

第1章 光线追踪术语 3 

1.1 历史回顾 3 

1.2 定义 4 

参考文献 7 

第2章 什么是光线？ 9 

2.1 光线的数学表示 9 

2.2 光线区间 10 

2.3 DXR中的光线 11 

2.4 小结 12 

参考文献 12 

第3章 DirectX光线追踪介绍 13 

3.1 介绍 13 

3.2 概述 13 

3.3 准备就绪 14 

3.4 DirectX光线追踪管线 14 

3.5 HLSL针对DXR的新增支持 16 

3.5.1 在HLSL中生成新的光线 17 

3.5.2 在HLSL中控制光线遍历 17 

3.5.3 额外的HLSL内部函数 18 

3.6 一个简单的HLSL光线追踪案例 19 

3.7 主机端初始化DXR 20 

3.8 基础的DXR初始化和设置 21 

3.8.1 几何体和加速结构 22 

3.8.2 根签名 25 

3.8.3 编译着色器 26 

3.9 光线追踪管线状态对象（RTPSO） 27 

3.10 着色器表 30 

3.11 发射光线 32 

3.12 挖掘更深和更多的资源 33 

3.13 小结 33 

参考文献 34 

第4章 天文馆球幕相机 36 

4.1 介绍 36 

4.2 方法 36 

4.2.1 从视口坐标计算光线方向 38 

4.2.2 环形立体投影 40 

4.2.3 景深 42 

4.2.4 抗锯齿 43 

4.3 天文馆球幕投影的示例代码 43 

参考文献 43 

第5章 计算子数组的*小值和*大值 45 

5.1 动机 45 

5.2 整表查询法 45 

5.3 稀疏表查询法 46 

5.4 区间树递归查询法 47 

5.5 区间树迭代查询法 48 

5.6 结果 50 

5.7 小结 51 

参考文献 51 

第二部分 相交和效率 

第6章 避免自相交的快速可靠的方法 55 

6.1 引言 55 

6.2 方法 55 

6.2.1 计算物体表面上的交点 55 

6.2.2 避免自相交 57 

6.3 小结 60 

参考文献 61 

第7章 光线/球体相交检测的精度提升 62 

7.1 光线/球体相交基础 62 

7.2 浮点精度探究 63 

7.3 相关资源 66 

参考文献 67 

第8章 精巧的曲面：计算光线/双线性曲面相交的几何方法 68 

8.1 引言与当前技术 68 

8.1.1 性能测试 70 

8.1.2 网格四边形化 70 

8.2 GARP细节 71 

8.3 结果讨论 73 

8.4 代码 76 

参考文献 77 

第9章 DXR中的多重命中光线追踪 80 

9.1 引言 80 

9.2 实现 81 

9.2.1 朴素的多重命中遍历 83 

9.2.2 节点剔除多重命中BVH遍历 85 

9.3 结果 86 

9.3.1 性能测量 86 

9.3.2 讨论 89 

9.4 结论 90 

参考文献 91 

第10章 一种具有高扩展效率的简单负载均衡方案 92 

10.1 引言 92 

10.2 要求 92 

10.3 负载均衡 93 

10.3.1 简单分块 93 

10.3.2 任务大小 93 

10.3.3 任务分布 94 

10.3.4 图像组装 95 

10.4 结果 96 

参考文献 97 

第三部分 反射，折射与阴影 

第11章 嵌套volume中材质的自动处理 101 

11.1 volume的建模 101 

11.1.1 独立边界 101 

11.1.2 添加空气间隙 102 

11.1.3 重叠的边界 102 

11.2 算法 103 

11.3 局限性 106 

参考文献 107 

第12章 基于微表面阴影函数解决凹凸贴图中的阴影边界问题 108 

12.1 介绍 108 

12.2 之前的工作 109 

12.3 方法 109 

12.3.1 法线分布函数 110 

12.3.2 阴影函数 112 

12.4 结果 113 

参考文献 114 

第13章 光线追踪阴影：保持实时帧速率 115 

13.1 介绍 115 

13.2 相关工作 116 

13.3 光线追踪阴影 117 

13.4 自适应采样 119 

13.4.1 时间重投影 119 

13.4.2 识别半影区域 120 

13.4.3 计算采样数目 121 

13.4.4 采样Mask 121 

13.4.5 计算可见性 122 

13.5 实现 123 

13.5.1 采样点集生成 124 

13.5.2 按距离剔除灯光 124 

13.5.3 限制总采样数 124 

13.5.4 在前向渲染管线中集成 125 

13.6 结果 127 

13.6.1 与阴影映射（方法）的对比 127 

13.6.2 软阴影与硬阴影对比 128 

13.6.3 限制 129 

13.7 总结和未来的工作 129 

参考文献 130 

第14章 DXR下的在单散射介质中引导光线的体积水焦散 132 

14.1 介绍 132 

14.2 体积光和折射光 134 

14.3 算法 136 

14.3.1 计算光束压缩比 136 

14.3.2 渲染焦散图 137 

14.3.3 光线追踪折射焦散图和累积表面焦散 138 

14.3.4 自适应地对水表面的三角形进行曲面细分 139 

14.3.5 构建三角形光束体积 140 

14.3.6 使用加算混合方式渲染体积焦散 140 

14.3.7 结合表面焦散和体积焦散 141 

14.4 实现细节 141 

14.5 结果 141 

14.6 将来的工作 143 

14.7 演示 143 

参考文献 143 

第四部分 采样 

第15章 重要性采样 147 

15.1 引言 147 

15.2 例子：环境光遮蔽 148 

15.3 理解方差 151 

15.4 直接光照 153 

15.5 结论 155 

参考文献 156 

第16章 采样变换集合 157 

16.1 采样机制 157 

16.2 样本分布介绍 157 

16.3 一维分布 159 

16.3.1 线性函数 159 

16.3.2 三角形函数 159 

16.3.3 正态分布 159 

16.3.4 一维离散分布采样 160 

16.4 二维分布采样 162 

16.4.1 双线性 162 

16.4.2 二维纹理分布 162 

16.5 均匀表面采样 165 

16.5.1 圆盘 165 

16.5.2 三角形 166 

16.5.3 三角形网格 167 

16.5.4 球 167 

16.6 方向采样 168 

16.6.1 Z轴向余弦加权半球 169 

16.6.2 向量轴向余弦加权半球 169 

16.6.3 锥体方向采样 169 

16.6.4 PHONG分布采样 170 

16.6.5 GGX分布 170 

16.7 体积散射 171 

16.7.1 体积中的距离 171 

16.7.2 Henyey-Greenstein相函数 172 

16.8 添加到集合中 172 

参考文献 173 

第17章 忽略光线追踪时的不便 174 

17.1 引言 174 

17.2 动机 174 

17.3 截断法 176 

17.4 路径正则化 176 

17.5 总结 177 

参考文献 178 

第18章 GPU实现的多光源重要性采样 179 

18.1 概述 179 

18.2 传统算法回顾 180 

18.2.1 实时光源剔除 180 

18.2.2 多光源的算法 181 

18.2.3 光源重要性采样 181 

18.3 基础知识回顾 182 

18.3.1 光照积分 182 

18.3.2 重要性采样 183 

18.3.3 对光源的光线追踪 185 

18.4 算法 186 

18.4.1 光源的预处理 186 

18.4.2 加速结构 187 

18.4.3 光源重要性采样 188 

18.5 结果 190 

18.5.1 性能 192 

18.5.2 图像质量 194 

18.6 结论 196 

参考文献 197 

第五部分 降噪与滤波 

第19章 利用实时光线追踪和降噪技术在UE4中进行电影渲染 203 

19.1 引言 203 

19.2 在UE4中集成光线追踪功能 203 

19.2.1 阶段1：实验性的整合 204 

19.2.2 阶段2 210 

19.3 实时光线追踪和降噪处理 211 

19.3.1 基于光线追踪的阴影 211 

19.3.2 基于光线追踪的反射 214 

19.3.3 基于光线追踪的全局漫反射照明 218 

19.3.4 光线追踪中的透明度 221 

19.4 结论 222 

参考文献 223 

第20章 实时光线追踪的纹理LOD策略 224 

20.1 简介 224 

20.2 背景 225 

20.3 纹理LOD算法 226 

20.3.1 MIP第0层的双线性滤波 226 

20.3.2 射线微分 226 

20.3.3 射线微分与G-Buffer 229 

20.3.4 射线锥 230 

20.4 实现 234 

20.5 对照及结果 236 

20.6 代码 239 

参考文献 241 

第21章 使用射线锥和射线差分进行环境贴图的过滤 242 

21.1 引言 242 

21.2 射线锥 243 

21.3 射线差分 243 

21.4 结果 244 

参考文献 244 

第22章 通过自适应光线追踪改进时域抗锯齿 245 

22.1 简介 245 

22.2 时域抗锯齿相关工作 247 

22.3 一种新算法 247 

22.3.1 分割策略 248 

22.3.2 稀疏光线追踪超采样 251 

22.4 初步结果 253 

22.4.1 画面质量 253 

22.4.2 性能 254 

22.5 局限性 255 

22.6 实时光线追踪抗锯齿技术的未来 256 

22.7 结论 256 

参考文献 257 

第六部分 混合方法及系统 

第23章 寒霜引擎中的交互式光照贴图和辐照度体预览 261 

23.1 介绍 261 

23.2 全局光照解算器管线 262 

23.2.1 输入与输出 262 

23.2.2 全局光照解算器管线的总览 265 

23.2.3 光照计算与光路构建 266 

23.2.4 光源 269 

23.2.5 特殊材质 270 

23.2.6 规划待计算纹素 271 

23.2.7 性能开销 272 

23.2.8 后处理 272 

23.3 加速技术 275 

23.3.1 视图优先级 275 

23.3.2 灯光加速结构 275 

23.3.3 辐照度缓存 2