GI的简介

今年年初，在导师的严厉催促下，终于决定毕设搞一搞GI（global illumination,全局光照渲染），毕竟之前也读过几篇文章。做研究之前当然要先从研读论文开始，虽然决定搞GI，但是以什么样的方式来实现GI, 现在的GI有什么缺陷，世界上的研究者又在GI这方面有哪些进展这都是需要去了解的（@_@这个不是偶说的，是偶导师说的），就当做是一个熟识GI的过程。

    GI，简单来说就是寻找一种描述空间内光线分布的一种模式（再简单一点就是我们想知道当房间里开了灯之后，这个房间会变成什么样），在计算机图形学中有很多光照模型，比如Phone模型，Lambert模型，Blinn模型，cook_Torrence模型等等，这些模型描述的就是在光源存在时，物体所应该表现出来的属性，最直观的就是颜色，也就是我们需要输出到屏幕上的东西。实际上对于一个真实场景，照亮物体的光并不一是都直接来自于光源，比如折射光，反射光，这些光在传递过程中会发生能量的损耗（比如某一波长的光被吸收），所以想得到真实感程度高的场景并不能通过简单光照模型来模拟。

    有了问题，就有解决问题的方法，一个叫做Arthur Appel的哥们第一次提出了一种光线投射算法，这也是大名鼎鼎的光线追踪算法的雏形，光线投射的基础就是从眼睛投射光线到物体上的每个点，查找阻挡光线的最近物体，也就是将图像当作一个屏风，每个点就是屏风上的一个正方形。这种思想被一家纽约的公司MAGI用于模拟放射线的传播，这些研究被用来帮助军方建造避免辐射的用具。后来伟大Turner Whitted在1979年提出了光线追踪算法，他意识到了我们上面所说的间接光照的问题，于是在Arthur Appel的idea的基础上增进了一步开始研究光线在空间中的传输，并且追踪这个过程。这个就是我们最早的光线追踪。

    其实光线追踪也是一种光照模型，区别是他加入了对间接光的描述，这种描述的准确定义出现在1986年，由另一位大牛James Kajiya提出——Render Equation，也就是

                                                   

这个方程可以说是现有的GI的基础，这个方程可以描述出现有的所有光线传播现象，折射反射，漫反射。不仅如此大牛还提出了使用Montle Carlo和光线跟踪来求解render equation的方法（James Kajiya基本上相当于GI界的牛顿了），这个才是我们广泛接触到的ray tracing。

    光线追踪的缺点很明显，就一个字——慢，于是“牛顿“的后辈们开始努力提出新的改进的算法，比如之后的path tracing（改进了ray tracing的效果），photon mapping（改进了速率），Metropolis light transport（改进效果和速率）。

    再后来GI的发展就开始变得缓慢（其实是渲染的发展开始变得缓慢了，各种大牛都开始瞄向了计算机图形学的其他方面），有人说是碍于现在GPU的运算速度，也有人说是碍于光线追踪模型的根深蒂固，总之实时的光线追踪一直只是一个想法而已。

    PS: 今年的Siggraph 上，微软亚研的大牛任沛然将将神经网络应用在于GI上，并达到了在特定情况下的实时，绝对狂拽酷炫。