主要观点:辐射量对于基于物理的渲染至关重要,渲染最终关乎光到达相机的情况及方式,无辐射学无法形式化此问题,如现代渲染的骨干——渲染方程就是用辐射量来表述的。常见的基于蒙特卡洛积分的路径追踪器有两种误差来源,一是对高级重要性采样策略的蒙特卡洛积分和概率论理解不足,二是对辐射学理解有误导致未计算正确积分。文中介绍一种以辐射亮度为中心,通过积分推导出其他辐射量的解释辐射学的方法,对比了传统从辐射能开始推导的方式,强调积分在渲染中的重要性,详细介绍了辐射亮度、立体角、辐照度、辐射通量、辐射能等辐射量及其单位和物理意义,还提到另一种辐射量——强度及其与其他辐射量的关系。
关键信息:
- 辐射学是基于物理渲染的基础,渲染方程用辐射量表述。
- 路径追踪器的两种误差来源。
- 以辐射亮度为中心通过积分推导其他辐射量的方法。
- 各辐射量的定义、单位及物理意义,如辐射亮度([\frac{W}{m^2sr}])、立体角([sr])、辐照度([\frac{W}{m^2}])、辐射通量([W])、辐射能([J])。
- 强度([\frac{W}{sr}])及其与其他辐射量的关系。
重要细节:
- 相机测量的亮度近似于辐射亮度,真实相机有多种影响测量的因素,而渲染器可设置无这些影响的虚拟相机。
- 辐射亮度沿真空光线恒定,这是路径追踪的关键。
- 立体角用于衡量 3D 空间中方向集的大小,单位为 steradian,最大有意义的立体角为(4\pi sr)(常关注半球为(2\pi sr))。
- 辐照度定义为对所有方向的辐射亮度积分并乘以法向量与方向向量的点积,单位为([\frac{W}{m^2}]),与辐射亮度不同,它不依赖方向向量但依赖表面法向量。
- 辐射通量是辐照度在表面上的积分,单位为(W),常用于描述光源。
- 辐射能是辐射通量在时间区间上的积分,单位为(J)。
- 强度是对辐射亮度在方向上积分并乘以法向量与方向向量的点积,通过进一步对方向积分可回到辐射通量。
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