撰写了文章发布于 2019-02-23 13:36:22

Renderer Introduction

这篇文章是关于渲染器（Renderer）渲染方式的介绍

Rasterizer（光栅器）
Ray Tracing（光线追踪）
Ray Marching （光线步进）

Rasterizer（光栅化）

大部分游戏都用这种方法，将3D顶点投影到摄像机的2D平面上，光栅器找到所有中心点在几何图形里面的像素，然后将这些像素填充颜色或者贴图。同样光栅器也可以画点和线。GPU对光栅器做了大量的优化，使得游戏能够实时运行。

Ray Tracing（光线追踪）

在每个像素上发送一条或多条光线（Ray），然后检查与场景中几何体的交互（intersection）。这个过程是递归地（recursively）进行地，不断地进行反射、折射。计算交互（intersection）是十分消耗性能的，因为每个像素需要跟踪多条路径，并且进行多次检测。虽然很消耗性能，但是结果也更加真实。在电影也中经常花几个小时去渲染几秒的画面。

Ray Marching（光线步进）

这是一种很优雅地方式，我们也用他来生成实时地分形。它的开始部分和光线追踪很像，每个像素发射一条光线（Ray），但是先不做交互计算，而是一步步向前走，直到接触物体。但是这里有个问题，一步要多长才行呢？步伐太大，可能会越过物体，但是步伐太小，又十分耗性能。此时我们则需要一个魔法公式，这个公式可以告诉我们：在空间中某个点，我们离场景中物体的（最短）距离。这个就是DE（Distance Estimator），有了DE我们每次就可以在一个安全的范围内前进了，重复此过程，直到我们与物体的距离小于设定的阈值，我们就得到与物体的交点。当然，这个（最短）距离小一点也是没有关系的，因为不会触碰到物体，只是步进的次数可能会多一点。

而且利用Ray Marching渲染软阴影、虚焦、漫反射、环境光遮蔽等比传统光线跟踪更为方便快捷。目前，Ray Marching的应用主要局限于volume field的渲染上：例如在医学图像处理中，将CT机上获得的若干断层照片渲染成三维模型；或是渲染云彩、火焰、烟雾等效果。