高质量实时渲染课程笔记(一)——介绍与概述(高质量实时渲染的含义、学习前提、内容目录、发展历程)

1 Real-Time High Quality Rendering的含义

1.1 Real-Time 实时

实时有两个含义:速度和交互性。

1.1.1 Speed 速度

  1. 对于一般应用,FPS>=30,即称为实时(Real-Time)。
  2. 对于AR/VR应用,FPS>=90,称为实时。

Interactive FPS:可以接受的速度(比如玩游戏卡成ppt也是这个层级)。

1.1.2 Interactivity 交互性

要求每一帧都可以动态生成。

1.2 High Quality 高质量

真实性 Realism: 使用先进的方法使得渲染更加真实
可靠性 Dependability:all-time correctness (exact or approximate),no tolerance to (uncontrollable) failures. 即在实时渲染里对失误容忍度更低。

1.3 Rendering 渲染

将3D场景渲染为2D图像。

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2 涉及内容

  1. 阴影。
  2. 全局照明。
  3. 基于物理的着色。
  4. 实时光线追踪。
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2.1 目录

  1. Shadow and Environment Mapping 实时软阴影的渲染;
  2. Interactive Global Illumination Techniques 环境光照;
  3. Precomputed Radiance Transfer 基于预计算或无预计算的全局光照;
  4. Real-Time Ray Tracing 实时光线追踪
  5. Participating Media Rendering, Image Space Effects, etc.参与介质渲染、图像空间效果等。
  6. Non-Photorealistic Rendering 非真实感渲染
  7. Antialiasing and supersamping 抗锯齿和过采样

2.2 怎么学

了解科学与技术的区别

  1. 科学!=技术 Science != technology
  2. Science == knowledge
  3. Technology == engineering skills that turn science into product

Real-time rendering = fast & approximate offline rendering + systematic engineering

实时渲染技术,业界遥遥领先学术界。

2.3 前置

  1. Games101或其达相关前置知识
  2. 基本微积分知识
  3. 基础的OpenGL用法

3 Outline

3.1 动机

  1. 计算机图形可以产生逼真的图像,但很难平衡速度和质量。确切的算法(离线渲染)非常慢。
  2. 实时渲染需要合理的近似值才能找到快速和近似的结果。

3.2 实时渲染的发展史

1、20年前,具有简单纹理映射、假阴影的交互式 3D 几何。 (OpenGL, DirectX)

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2、10年前

  • 自可编程着色器出现以来的巨大飞跃(2000 年)
  • 复杂的环境照明、逼真的材料(天鹅绒、缎子、油漆)、柔和的阴影。
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3、今天

  • Stunning graphics

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  • 实时渲染广泛应用到VR甚至电影中
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4、 未来
构建真实世界。

3.3 技术和算法的里程碑

1、可编程图形硬件(shaders)(20年前)
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2、预计算的方法(15年前)

  • 预先计算复杂的视觉效果是(部分)。
  • 最小化运行时的渲染成本。
  • 预计算方法的应用:Relighting,Fix geometry Fix viewpoint Dynamically change
    lighting。

3、Interactive Ray Tracing(8-10年前:CUDA+OptiX)

  • 硬件发展允许在 GPU 上以低采样率进行光线追踪(~1 samples per pixel (SPP))
  • 后处理降噪
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