1 概述
1.1 什么是全局光照（GI）？
全局光照 = 直接光照 + 间接光照，GI非常重要，但是很复杂，但如果只有考虑直接光照，很多地方都是黑的，减少了渲染的真实感。
1.2 光照模型处理间接光照的方法
Bling-Phone模型处理间接光照的方法：假设接收各个点的间接光照都是相同的，分解为环境光项。
1.3 实时全局光照的思想
实时渲染中，通常只考虑一次间接光照，把一切被直接光照照亮的物体称为次级光源。
2 GI的主要问题
需要知道什么来计算着色点p的间接光照？
主要有两项：
- 哪些surface patches能被直接照亮？
- 每一个surface path对着色点p的贡献是多少？
3 方法一：Reflective Shadow Maps（RSM）
在游戏中常常用来做手电筒(flashlights)的效果。
3.1 使用shadow map来寻找能被直接照亮的点
思想：将每一个shadow map上的像素当成次级光源。
问题：需要知道每个像素位置每个出射方向的radiance，但实际上只能知道到相机的方向。
假设：所有的反射物都是diffuse的（不要求点p是diffuse的），因此点p的所有出射方向是相同的。
3.2 对直接照亮的patch进行积分计算着色点p的contribution
L o ( p , ω o ) = ∫ Ω p a t c h L i ( p , ω i ) V ( p , ω i ) f r ( p , ω i , ω o ) cos θ i d ω i = ∫ A p a t c h L i ( q → p ) V ( p , ω i ) f r ( p , q → p , ω o ) cos θ p cos θ q ∥ q − p ∥ 2 d A \begin{aligned} L_o\left(\mathrm{p}, \omega_o\right) &=\int_{\Omega_{\mathrm{patch}}} L_i\left(\mathrm{p}, \omega_i\right) V\left(\mathrm{p}, \omega_i\right) f_r\left(\mathrm{p}, \omega_i, \omega_o\right) \cos \theta_i \mathrm{~d} \omega_i \\ &=\int_{A_{\mathrm{patch}}} L_i(\mathrm{q} \rightarrow \mathrm{p}) V\left(\mathrm{p}, \omega_i\right) f_r\left(\mathrm{p}, \mathrm{q} \rightarrow \mathrm{p}, \omega_o\right) \frac{\cos \theta_p \cos \theta_q}{\|q-p\|^2} \mathrm{~d} A \end{aligned} Lo(p,ωo)=∫ΩpatchLi(p,ωi)V(p,ωi)fr(p,ωi,ωo)cosθi dωi=∫ApatchLi(q→p)V(p,ωi)fr(p,q→p,ωo)∥q−p∥2cosθpcosθq dA
由于假设平面是漫反射的，所以上式中，
- f r = ρ π f_r=\frac{\rho}{\pi} fr=πρ
- L i = f r ⋅ Φ d A L_i=f_r·\frac{\Phi}{dA} Li=fr⋅dAΦ
- 因此上式可以写为 E p ( x , n ) = Φ p max { 0 , ⟨ n p ∣ x − x p ⟩ } max { 0 , ⟨ n ∣ x p − x ⟩ } ∥ x − x p ∥ 4 E_p(x, n)=\Phi_p \frac{\max \left\{0,\left\langle n_p \mid x-x_p\right\rangle\right\} \max \left\{0,\left\langle n \mid x_p-x\right\rangle\right\}}{\left\|x-x_p\right\|^{4}} Ep(x,n)=Φp∥x−xp∥4max{0,⟨np∣x−xp⟩}max{0,⟨n∣xp−x⟩}
3.3 RSM的问题：处理每个像素的Visibility 、Orientation、Distance
- Visibility很难获取，因此干脆就不做处理。
- Orientation、Distance等占用空间比较大，因此要想办法减少存储量。
3.3.1 Acceleration 加速方法
- 理论上，所有shadow map中的像素都对p有贡献，但是只要取离得比较近的次级光源就可以了。
- 或者使用某种采样算法来减少采样点。
那么如何知道哪些光源比较近？
假设shadow map上离得比较近的点在世界坐标上也比较近。
3.3.2 RSM中需要存储：Depth、world coordinates、normal、flux。
3.4 RSM的优点和缺点
优点：容易实现（Shadow Map）。
缺点：
- 有多少直接光源就做多少shadow map。
- 不能计算反射物到shading point的visibility。
- 做了很多大胆的假设：diffuse reflectors, depth as distance.
- 需要在采样率和质量之间进行trade off.