Instant Radiosity实现

本来说等把课程作业做完再来弄这个，但是还是没有忍住，先做了，主要原因还是这个算法很容易实现。这个算法在1997年由Keller首次提出。虽然名字叫Instant Radiosity，但是它和Radiosity还是有很大区别的，主要表现为Radiosity是确定性的算法，而Instant Radiosity是一个随机算法。再说该算法的思想，就是从光源像场景透射出很多粒子，与场景中物体发生碰撞后，就在碰撞点处创建出虚拟点光源(VirtualPointLight),利用这些VPL来近似模拟间接光照，思想十分简单。下图形象地展示了整个算法过程：

对于图中的这个室内场景，先求出它的直接光照结果图(左边两列(图1-10),因为是面积光源，所以需要对光源进行采样获得软阴影)，而后从光源发射粒子击中墙壁或者地面桌面后，就在交点处设置一个虚拟点光源，对场景进行照明，得到结果图片11-20，最后将这两组结果做加权和就可以得到最终结果。至于怎么加权都无所谓了，一切看最终效果来定吧，我在实现的时候是做的基于重要性采样下的直接光和间接光的一比一相加。实际运行结果显示，由于一些VPL会在采样的时候被拒绝，最终直接光照平均亮度是大于间接光照的。

由于之前有过光子映射算法的实现经历，实现这个算法也十分简单，因为它的从光源发射粒子的这一步骤和光子映射中的photon pass十分相似。一般说来，对于间接光源做一次反射足以达到人们要求的视觉效果，但是如果场景足够复杂，或者场景主要由间接光照明的时候这就不够了。我在自己的实现中，对间接光作了6次反射，这样就和之前光子映射算法中光子在场景中的反射次数一致了，也可以作为两种算法的对比。下图展示了crytek_sponza在两种光源(左,右)下的效果，上，中，下分别是direct light渲染,Instant Radiosity渲染,photon mapping渲染：

左图中可以明显看出只计算直接光照和Instant Radiosity的效果区别，右图我利用了之前PM算法已渲染好的一个场景，能感觉出PM渲染的场景还是比Instant Radiosity更加生动，个人感觉层次感更好，离光源更近的地方更亮，这是光子分布天生的特性决定的，距离光源近的物体，被光子击中的概率远大于远处一样大小的物体，从而远处表面上的光子密度就会相对比较低，所以PM不需要考虑光的衰减问题。而Instant Radiosity则是创建好虚拟点光源后，将整个场景看做一个多光源的场景，用raytrace进行渲染，这样一来，需要手动设置光源衰减模型，这里我用了一个简单的二次模型来模拟，但是效果仍然不理想。不过Instant Radiosity速度是远超PM的，而且噪声也没有PM那么明显，只是Instant Radiosity仅适用于理想漫反射场景。

最后附上常用GI算法的比较：(表中漏掉了光子映射算法，它的特性依次是:有(光子图), 静态, 动态, 低, 无实时处理能力)