路径追踪器的简单渐进式渲染 Window

Question

希望每个人都在 great.Been 考虑一段时间，出于好奇，而不是 anything.Been 使用 Maya 和 Arnold 一段时间 now.Just 作为业余爱好的东西，主要是简单的渲染与我的路径进行比较 tracer.I 意识到他们的渲染器具有这个非常好的功能，可以让您在渲染时看到图像.... Progressively.It 似乎从较低的采样率和 aa 量开始，然后重新在增加这些参数时渲染图像 automatically.I 认为这真的是 cool.And 一种在渲染达到最大值之前显示渲染预览的好方法 quality.It 让我非常有兴趣为我做同样的事情我正在工作的路径跟踪器 on.Currently 它等待整个渲染完成，然后在您的驱动器上保存一个简单的 ppm 文件。我现在的问题是.....有谁知道如何做这样的事情？我已尽力找出答案，我得到的唯一信息是涉及 OpenGL somehow.I我不想创建与 Maya.Just 相同的东西，一个简单的 window 弹出随着渲染开始并逐渐使图像更好。再次.....这比任何东西都更令人好奇 else.As 因为我认为它真的很酷谢谢:)

Answer 1

它不以任何方式限制于 OpenGL。您将渲染器设计为运行在单独的线程（可能是多个线程甚至是多台机器）中，并逐步将部分结果发送到主线程。然后主线程创建一个 window 来显示这些结果。这里没有魔法。

Answer 2

预览图像只是 monte carlo 渲染（Arnold 渲染）中的第一轮样本。这个 'start off noisy'，然后 'improve quality' 不一定是预期的功能。它存在于所有 monte carlo 渲染器中，因为执行无偏采样的性质意味着您从一些样本开始，其中许多样本可能不准确（在最终图像中产生噪声）。然后，随着越来越多的样本被发射到场景中（对于每个像素），结果最终将收敛于预期结果（噪声将减少，不准确的样本贡献越来越小）。

Monte Carlo renders 将永远进行渲染，但是在一定数量的样本之后，每个贡献都将是次要的，因此被忽略（以实际结果为准）。这就是为什么图像开始有噪声（样本不多，样本数量多）然后随着越来越多的样本用于估计像素颜色而逐渐提高其质量。

渐进式采样是另一种优化，旨在减少收敛于结果所需的时间。即如前所述，在可能贡献更多的区域发射样本（即采样像素时差异更大，需要更高的精度，因此为该像素计算更多样本）。

P.S 继续看 Scratch-a-pixel。这是一个很好的资源。

P.P.S OpenGL 还可用于帮助 texture/image 分析（决定对哪些像素进行更多采样等），或用于通过将几何图形绘制到屏幕外来加速相交测试缓冲区（只是我过去使用它的两种方式）。然而，这将取决于实施。默认情况下，OpenGL 不提供任何光线追踪系统所需的任何东西。

关于显示渲染。

首先创建一个与您需要的输出图像尺寸相同的帧缓冲区。这实际上是未压缩的 RGB24 或 RGBA32 图像。使用与您所需的显示输出相关的格式（因此可以在有限的延迟下完成复制，直接显示不需要 conversion/processing）。 Is 还将包含另一位元信息，每个像素跟踪该像素当前使用的样本数。这允许结果相互排斥地填充帧缓冲区。也就是说，您可以在需要的区域（自适应）触发更多像素，并选择在需要时显示帧缓冲区的内容，同时继续在同一渲染上下文中对像素进行采样（渐进式）。

此帧缓冲区应在主循环的每个循环中保留，以便每个循环的结果都累积到帧缓冲区中。计算单个像素的结果，通常是该像素所有样本的总和除以样本总数（其他采样方法可能会相应地加权样本），用于像素的标准抖动网格采样。

要向用户显示此图像，这取决于您使用什么 api，但是您需要做的就是以相同的方式显示帧缓冲区将显示一个 image/bitmap。我亲自完成的方法：

在openGL中绘制一个带纹理的四边形，使用帧缓冲区作为纹理（所以你需要用帧缓冲区的内容更新每帧的纹理）。
使用 windows gdi 将 DIB 位图渲染到控件。
输出为未压缩的图像格式（这可以快速完成二进制 PPM，或 TGA/tiff/uncompressed 用于直接复制帧缓冲区内容的位图）或压缩图像，例如 png 或jpg.

这是一些代码，实现取决于您选择使用哪个 api，但希望这是伪造的，足以详细描述正在发生的事情。很c-esque.

Declarations/Definitions.

// number of pixels in the resultant final render image.
unsigned int numberOfPixels = imageWidth * imageHeight;

// number of channels of ouput image (also ray result) RGB 3 channels.
unsiged int channelSize = 3; 

// RGB pixel. Each channel/colour component is in the range 0 <= ... <= 1
struct pixel
{
    float red;
    float green;
    float blue;
};

// framebuffer, 3 channels RGB
pixel frameBuffer[numberOfPixels];

// framebuffer meta data. Number of samples for each pixel.
int pixelSampleCount[numberOfPixels];

然后在你的初始化方法中。要初始化帧缓冲区，将其设置为黑色图像（这很重要，因为我们要将第一个样本添加到 0,0,0）。

// your init routine
...   

    for (unsiged int p = 0; p < numberOfPixels; ++p )
    {
        // initialise the framebuffer to black (0,0,0)
        frameBuffer[p].red = 0.0;
        frameBuffer[p].green = 0.0;
        frameBuffer[p].blue = 0.0;

        // set the sample count to 0
        pixelSampleCount[p] = 0;
    }

...

然后在主要loop/cycle。

// your main loop
...

// Main loop...each cycle we will cast a single sample for each pixel. Of course you can get as many sample results as you want if you
// intelligently manage the casting (adaptive), ensure each cast knows which pixel it is contributing to, so when it comes to accumulation of
// this sample result, it can be amended to the correct pixel and the correct sample count incremented as you add to the framebuffer.

for ( unsigned int x = 0; x < imageWidth; ++x )
{
    for ( unsigned int y = 0; y < imageHeight; ++y )
    {
         // get the result of the sample for this pixel (e.g cast the ray for this pixel, jittered according to sampling method). Ultimately
         // each sample needs to be different (preferably unique and random) from the previous cycle and will return a different result.
         pixel castResult = GetSampleResult(x, y, ... );    // aka cast the ray and get the resultant 'colour'

         // Get the current pixel from the frame buffer read to ammend it with the new sample/contribution. 
         unsigned int currentPixelIndex = (y * imageWidth) + x;
         pixel& pixelOfSample = frameBuffer[currentPixelIndex];

         // to correctly accumulate this sample, we must first multiply (scale up) each colour component
         // by the number of samples/contributions to this pixel. We can then add the sample result and divide
         // (scale down) the result (sum of all samples now) by the new number of samples.
         pixelOfSample.red = ( (pixelOfSample.red * pixelSampleCount[currentPixelIndex]) + castResult.red ) / ( pixelSampleCount[currentPixelIndex] + 1 );

        // repeat this for the rest of the components in the pixel, i.e for green and blue in this case.
        pixelOfSample.green = ( (pixelOfSample.green * pixelSampleCount[currentPixelIndex]) + castResult.green ) / ( pixelSampleCount[currentPixelIndex] + 1 );
        pixelOfSample.blue = ( (pixelOfSample.blue * pixelSampleCount[currentPixelIndex]) + castResult.blue ) / ( pixelSampleCount[currentPixelIndex] + 1 );

          // increment the sample count for this pixel.
          ++pixelSampleCount[currentPixelIndex];
     }
}

// And then send this to your output gdi/opengl/image output etc.
// For displaying direct in gdi, use BitBlt(...) with SRCCOPY.
// For displaying in OpenGL use glTexture2D(...)

glTexture2D(...);    // for OpenGL
BitBlt(...);         // for win gdi

// The next loop you can simply display the framebuffer (it would look the same as previous cycle) or you can fire a load of rays and then add this to your framebuffer and display that, giving you a different display.

...

N.B GL 和 gdi 都以不同的方式期望图像。因此，您可能需要水平翻转图像以获得正确的方向。这取决于您如何在内部存储帧缓冲区以及您使用哪个 api 来显示帧缓冲区。

这有望展示如何编写一个系统，随着为图像计算越来越多的细节，该系统将逐步显示图像的内容。它适用于任何形式的光线追踪（如前所述，考虑到模拟的性质，monte carlo 会产生噪音，有偏差的渲染可能会或可能不会取决于它们的工作方式。通常它不会比抗锯齿多很多图像，尽管有偏差的渲染可能会出现噪点）。

路径追踪器的简单渐进式渲染 Window

Simple Progressive Rendering Window for a Path Tracer

opengl

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raytracing

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