渲染器开发日志（四） 射灯

射灯

该类型的灯是在点光基础增加了光的散射方向和范围。

相关参数

• 颜色 - 光源颜色
• 强度 - 光源亮度
• 位置 - 光源位置
• 长度 - 光源的影响范围
• 半径 - 与点光半径相同
• 方向 - 射灯的朝向
• 内角和外角
  • 对于内角范围内的物体，光源强度不会衰减
  • 对于内角到外角范围内的物体，光源强度会线性衰减
  • 对于外角以外的物体，光源无法照射到

效果展示

半径与内外角

半径为0cm，外角60度，内角60度：

渲染器	Blender

半径为0cm，外角60度，内角30度：

渲染器开发日志（三） 点光

点光

图形学中，通过点光来模拟小型发光体，如：灯泡、火把、蜡烛等。 这类发光体的特点是从自身表面向周围所有物体发射光线，所以在光线追踪时需要在发光体表面进行采样。 通常使用球体模拟此类物体的形状，根据半径在球表面随机采样。

相关参数

• 颜色 - 光源颜色
• 强度 - 光源亮度
• 位置 - 光源位置
• 长度 - 光源的影响范围
• 半径
  • 用于模拟光源尺寸
  • 尺寸不同造成的阴影也不同
  • 参见下图

效果展示

颜色、强度和位置是常识，这里就不进行展示。

半径

通过影子柔和程度可以看出点光半径的大小

半径为0cm，如下图：

半径为5cm，如下图：

半径为20cm，如下图：

渲染器开发日志（二） 平行光

平行光

光都是由光源体发射出来的，光源体形状和物体形状决定了物体影子。

平行光是为了模拟远距离巨型光源体而构建的概念，这样可以减少对光源体的碰撞运算。 现实中太阳对于地球来讲就是这么一个光源体，远而且巨大。

相关参数

• 颜色 - 光源颜色
• 强度 - 光源亮度
• 位置 - 该参数与平行光无关，但是为便于场景编辑，都会保留此参数
• 长度 - 光源的影响范围
• 方向 - 决定了模型的哪些面（依赖法线）可以被照亮
• 散射角
  • 即一个物体可以从什么角度范围受到光源体的照射
  • 简单来讲散射角度越大，物体可能受到的光照就越多
  • 下面有展示

效果展示

颜色、强度和方向是常识，这里就不进行展示。

散射角

从百叶窗在墙上的阴影形态可以看出光源的大小。

散射角度为0，如下图：

渲染器开发日志（一） 介绍

本文介绍渲染器项目的背景、目标和技术，当前项目状态请点这里。

背景

最近几年随着GPU性能的提升和技术的迭代，原本费时费力的光线追踪技术被引入到了游戏中。同时也出现了大量相关项目，推动着渲染技术向前发展。 正因如此也让光线追踪技术变得不那么难，有很多优秀的开源项目帮助我们快速地搭建出属于自己的渲染器。

本人过去几年搞游戏开发，近几年从事家装软件的开发，参与的项目都十分看重画面效果，所以累积了不少渲染技术和想法。 也构建过自己的渲染器，但是在看到UnrealEngine和CryEngine都开源了自己的引擎，就放弃了自己的项目😢。

不过现在在光线追踪方面有了大量开源项目的支撑，可以让我更专注于渲染核心算法，根据自己所积累的技术自由地实现想要的功能😄。

渲染器

现在市面上的渲染器有很多，针对不同市场各自的架构也不同。以下是个人对一些渲染器的了解和看法：

• OptiX是由NVIDIA提供的光线追踪技术。
• OpenShaderLanguage (OSL)是由ImageWorks (来自索尼影视)开源的一款影视级着色语言。

Appleseed

开源项目，有基于CPU进行渲染，具有出色的性能，项目的架构也很有条理。 它是Graffer的默认渲染器，要知道不少影视作品都会使用Graffer，如：《侏罗纪世界2》、《迷失太空》《金刚狼3》、《权力游戏》等。

Mitsuba2

开源项目，由几位行业知名的教授（包括《Physically Based Rendering: From Theory to Implementation》的几位著作者）共同构建。 既可以进行CPU渲染，也可以通过OptiX进行GPU渲染。它非常值得研究和学习。

V-Ray

建筑渲染的翘楚，它与很多公司都有合作，像酷家乐和三维家都有使用此软件。这么多年以来积累了大量经验，渲染效果也是行业标杆。 在最新版中印象最深的是能够输出多层图像到PS，让后期处理变得更加简单。

Iray

NVIDIA开发的渲染库，需要购买商业授权。 从介绍来看既可以实时渲染也可以进行影视渲染，功能十分强大，像知名的KeyShot就是基于此库开发的。