是否有光栅化或光线追踪的渲染替代方案？

Question

栅格化（三角形）和光线追踪是我见过的渲染3D场景的唯一方法。还有其他人吗？另外，我很想知道任何其他真正“做”3D的方法，比如不使用多边形。

Answer 1

啊！这些答案是非常不了解的！

当然，这不能帮助这个问题是不准确的。

好吧，“渲染”是一个非常广泛的话题。渲染过程中的一个问题是摄像机的可见性或“隐藏表面算法” - 确定每个像素中看到的是什么物体。有各种可见性算法的分类。这就是可能是海报问的是什么（因为他们认为它是“光栅化”和“光线追踪”之间的二分法）。

ACF计算机调查1974年，Sutherland等人的“A Characterization of Ten Hidden-Surface Algorithms”一书中经典的（虽然现在有些过时）了。它非常过时，但它仍然非常适合提供思考对这些算法进行分类。一类隐藏表面算法涉及“光线投射”，它计算从相机到每个像素的线与对象（可以有各种表示，包括三角形，代数曲面，NURBS等）的交点。 。其他类的隐藏表面算法包括“z缓冲区”，“扫描线技术”，“列表优先级算法”等等。在没有多少计算周期和没有足够内存来存储z缓冲区的日子里，他们对算法的创造力相当沉重。现在，计算和内存都很便宜，所以三种技术已经非常成功：（1）将所有内容切分为三角形并使用z缓冲区; （2）射线铸造; （3）使用扩展的z缓冲区来处理透明度等的Reyes-like算法。现代显卡做＃1;高端软件渲染通常会执行＃2或＃3或其组合。虽然已经提出了各种光线追踪硬件，并且有时构建但是从未被捕捉过，并且现在的GPU现在已经足够可编程以实际上进行光线追踪，尽管其速度严格不利于其硬编码光栅化技术。多年来，其他更具异国情调的算法大都落在了旁边。 （虽然各种排序/溅射算法可用于体绘制或其他特殊用途）。

“光栅化”的确仅仅意味着“确定一个物体位于哪个像素上”。公约规定它不包括光线追踪，但这是不稳定的。我想你可以证明光栅化回答“哪个像素做这种形状重叠”，而光线追踪回答“哪个对象在这个像素后面”，如果你看到不同。

然后，隐藏表面去除不是“渲染”领域中唯一需要解决的问题。知道每个像素中可见的物体只是一个开始;你还需要知道它是什么颜色，这意味着有一些计算光线在场景周围传播的方法。有一大堆技术，通常分解为处理阴影，反射和“全局照明”（即在物体之间反射，而不是直接来自光源）。

“光线追踪”指的是应用光线投射技术来确定阴影，反射，全局照明等的可见性。可以对任何事物使用光线追踪，或使用各种光栅化方法进行相机可视性和光线追踪阴影，反射和GI。 “光子映射”和“路径追踪”是计算某些种类光线传播的技术（使用光线追踪，所以说它们基本上是一种不同的渲染技术是错误的）。也有不使用光线追踪的全局照明技术，例如“光能传递”方法（这是一种解决全球光传播的有限元方法，但在该领域的大部分领域最近已经失宠）。但是使用光能传递或光子映射进行光传播STILL要求您以某种方式制作最终图片，通常采用其中一种标准技术（光线投射，z缓冲/光栅化等）。

提到特定形状表示（NURBS，体积，三角形）的人也有点困惑。这是光线跟踪与光栅化的正交问题。例如，你可以直接跟踪nurbs，或者你可以将nurbs切成三角形并追踪它们。您可以直接将三角形栅格化为z缓冲区，但也可以按扫描线顺序直接栅格化高阶参数曲面（c.f. Lane/Carpenter/etc CACM 1980）。

Answer 2

维基百科上的渲染文章涵盖各种techniques。

介绍文字：

许多渲染算法已经 研究，并用于 渲染软件可以使用许多 不同的技术来获得最终 图像。

追踪场景中的每一缕光线 是不切实际的，并且会花费大量的时间 。即使跟踪 一个足够大的部分以产生 图像，如果采样不是 的智能限制，则会花费过多的 时间。

因此， 更高效的光传输 建模技术4个宽松的家庭已经出现了： 光栅化，包括扫描线 渲染，几何项目现场 对象的图像 平面，没有先进的光学 效应; 射线铸造考虑作为从特定 点的视图，计算使用蒙特卡罗技术仅基于几何 和 反射强度的非常基本的光学定律，也许 的 观察图像，以减少 观察 场景文物; 辐射度使用有限元 元素数学来模拟 表面的光漫射传播 表面;和光线跟踪类似于 到光线投射，但是采用更先进 光学模拟，和 通常使用蒙特卡洛技术来获得 在 速度往往是 量值慢订单更逼真的结果。

最先进的软件结合了两种或更多的技术，以合理的 成本获得 足够好的结果。

另一个区别是图像 顺序算法，其遍历 像素的图像平面的，和对象 顺序算法，遍历场景中的过 对象之间。一般对象 的订单效率更高，因为 通常情况下场景中的对象数量少于 像素。

从这些描述中，只有radiosity在概念上与我有所不同。

Answer 3

有一种叫做photon mapping的技术，它实际上与光线追踪非常相似，但在复杂的场景中提供了各种优点。事实上，这是唯一可以提供真实（即所有光学规律都遵守）的方法（至少我知道），如果做得好的话。这是一种技巧，据我所知，它的使用很少，因为它的性能甚至比光线追踪还差得多（因为它有效地做了相反的处理并模拟光源从光源到相机的路径） - 但这是它的唯一的缺点。这当然是一个有趣的算法，尽管直到射线追踪之后（如果有的话）你都不会在广泛的使用中看到它。