光线追踪算法

光线追踪算法是一种为数字和物理场景生成图像的方法。它也是数字图形学最重要的技术之一。它是一种计算机图形学技术，其原理是模拟光路径以计算场景中每个表面之间的拾取和散射，以最终完成图像渲染。

现代光线追踪算法

上面描述的whited-style光线追踪模型虽然将全局光线传播的算法引入到光照模型中，但仍然不够准确，原因有二：

1）光线传播中只考虑当前交点反射和折射出去的光线，而没有追踪漫反射的光线；

2）着色采用的还是BlinnPhong这个经验模型，无法精确的模拟真实物理的现象。

针对以上的问题，我们就要引入真实的物理概念来定义光线追踪的现象，因此就有了基于物理的渲染（PBR），而辐射度量学就是这样一套测量光线能量的学科。

5.1 辐射度量学

一些比较重要的物理概念：

• Radiant Energy（辐射能）：表示能量，单位：J（焦耳）。
• Radiant flux（辐射通量/功率）：单位时间的辐射能量，单位：W（瓦特）/ lm（流明）。
• Radiant intensity（辐射强度）：每单位立体角的辐射通量，单位：W·sr−1。
• Irradiance（辐照度）*：入射表面的辐射通量（不带方向）（从所有方向到达某一点的能量之和），单位：W·m−2。
• Radiance（辐射率）*：每单位立体角每单位投射表面的辐射通量（带方向），单位：W·sr−1·m−2。

5.2 双向反射分布函数（BRDF）

直观的理解，不同物体表面材质自然会把一定方向上的入射亮度反射到不同的方向的光线上，如理想光滑表面会把入射光线完全反射到镜面反射方向，其它方向则完全没有。如理想粗糙表面会把入射光线均匀的反射到所有方向。因此所谓BRDF就是描述这样一个从不同方向入射之后，反射光线分布情况的函数，定义如下：

5.3 反射方程

5.4 渲染方程

5.5 如何解出渲染方程（蒙特卡洛积分）

当一个积分很难通过解析的方式得到答案的时候可以通过蒙特卡洛的方式近似得到积分结果。

5.6 真实照片（左）与基于物理渲染的效果（右）的对比