2021-04-03

计算机图形学-渲染

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【GAMES202-LEC-01】高质量实时渲染 Introduction and Overview

本文主要为GAMES201高质量实时渲染LEC-01的NOTES

GAMES202 高质量实时渲染(Real-Time High Quality Rendering)

Lecture 1 Introduction and Overview

1-1 关于实时高质量渲染的几个基本概念

实时($Real-Time$)

$Speed:$ 一般指的是超过30 FPS(Frame per second),在虚拟或者增强现实中甚至一般需要达到90帧。而略低于实时渲染速度的称为Interactive FPS

高质量($High$ $Quality$)

$Realism:$ 采用高级的方式使渲染尽可能的真实
$Dependability:$ 高质量需要保证渲染的过程中一直都是正确的(或者尽可能的近似),无法接受任何不可以控制的失败

渲染($Rendering$)

什么是渲染?

如果你看过《三体》那么你可以理解为是一种二向箔(降维打击)，也就是将高维度的信息转换为低维度的信息,而此处就是指将3D的场景转换为2D的图片

图1-0 来自三体迷的二向箔图鉴

通过计算的方式来模拟光线是如何从光源发射出来弹射到人的眼睛当中(也可以理解为模拟虚拟摄像机看到的虚拟场景)

图1-1 渲染示意图

应用场景

渲染广泛应用在建筑，游戏，模拟，电影或电视视觉效果以及设计可视化中.一些渲染图片如下图所示

图1-2 《爱,死亡和机器人》

图1-3 电影:流浪地球

1-2 本系列讨论的一些话题

四个主部分:

阴影	全局光照	基于物理的着色	实时光线追踪

PartA: Shadow and Environment Mapping(阴影与环境光)

图1-4 阴影与环境光

PartB: Interactive Global llumination Techniques

图1-5 论文:Interactive Global Illumination in Dynamic Scenes

PartC:Precomputed Radiance Transfer(PRT)

PRT技术到底是什么呢？PRT技术能够实时重现面积光源下3D模型的全局光照效果。它通过对复杂的光线相互作用进行预计算来节省时间，提供了一种动态改变光照环境的方法。PRT本质上是通过入射光的线性组合来计算每个点的光照，用球面调和函数可以编码这些数据。

图1-6 论文:Precomputed Radiance Transfer for Real-Time Rendering in Dynamic, Low-Frequency Lighting Environments

PartD:Real-Time Ray Tracing

图1-7 实时光线追踪:Prosche Demo

PartE:Participating Media Rendering,Image Space Effects,etc

图1-8 Paper: A Survey on Participating Media Rendering Techniques

PartF:Non-Photorealistic Rendering(NPR),非真实感渲染

图1-9 实时光线追踪:Prosche Demo

图1-10《原神》与《塞尔达传说:旷野之息》

PartF:Antialiasing and supersampling(抗锯齿与超分辨率采样)

DLSS	TAA	MSAA	FXAA

图1-11 DLSS 2.0技术,深度学习超级采样

1-3 课程初始杂谈

UE5 demo

图1-12 Unreal Engine 5 Demo

本系列没有的内容

3D建模,UE4的使用
离线渲染
Neural Rendering:神经网络(Ai!!!)无法做到Real-Time,High-Quality两件事情
OpenGL的使用:参考Games101
Scene/shader 优化
逆向Shader
高性能计算:e.g.CUDA编程

本系列的学习方法

理解科学与技术的不同
- 科学不等于技术，科学等于知识
- 技术是将科学转换为产品的技能
- 科学与技术的地位是相同的
$实时渲染=离线渲染的简化+系统的工程$
现象:实时渲染上工业界领先于学术界,且存在行业内部相对闭源
要求: 基本的OpenGL Shader Language(GLSL)
书籍: 主要是SIGGRAPH课程与引擎设计文档

图1-13 NeRF: Representing Scenes as Neural Radiance Fields for View Synthesis

1-4 技术与算法的里程碑

可编程渲染管线(20年前)

图1-14 可编程渲染管线

预计算理论(15年前)
Interactive级别的光线追踪(8-10年前:CUDA+OptiX)

补充

版权保护:以上所有的图片若侵则删之

补充阅读资料:

[0] Games202课程主页
[1] GTA-V渲染技术
[2] 学习OpenGL与光线追踪入门:tinyrenderer,Ray Tracing in One Weekend
[3] 基于物理的实时渲染器:Filament
[4] Metal:Metal by Tutorials(Mac专属),Metal Sample Code
[5] Vulkan:Vulkan样例,Linux适用
[6] DX12 3D 游戏开发实战

论文阅读清单

[1] Tole, P. , Pellacini, F. , Walter, B. , & Greenberg, D. P. . (2002). Interactive global illumination in dynamic scenes. Acm Transactions on Graphics, 21(3), 537-546.
[2] Sloan, P. . (2002). Precomputed radiance transfer for real-time rendering in dynamic, low-frequency lighting environments. SIGGRAPH2002.
[3] Precomputed Radiance Transfer: Theory and Practice,Siggraph 2005 Course
[4] Cerezo, E. , Perez, F. , Pueyo, X. , Seron, F. J. , & Sillion, F. X. . (2005). A survey on participating media rendering techniques. Vis Comput, 21(5), 303-328.
[5] Cerezo E , Perez F , Pueyo X , et al. A Survey on Participating Media Rendering Techniques[J]. Vis Comput, 2005, 21(5):303-328.
[6]Mildenhall, B. , et al. “NeRF: Representing Scenes as Neural Radiance Fields for View Synthesis.” European Conference on Computer Vision Springer, Cham, 2020.

# Real-Time Rendering, SIGGRAPH, 图形学, 渲染管线