路径跟踪

路径跟踪：让电影、电视和游戏的照片级真实感更上一层楼

作为图形渲染新标杆，路径跟踪将为电影、电视和游戏赋予更进一步的真实感。

图片来源：Jake Denham

路径跟踪是一种计算机图形渲染方法，它可以尽可能精确地再现光线在现实中的行为方式，从而如实地描述光线在曲面上的反射和行为方式。

现实生活中的光线来自四面八方，您可以想象到的所有曲面都会反射、散射和吸收光线。

在计算机生成的图像和连续镜头中重现灯光的自然行为一直是动画（英文）、视觉特效和游戏开发工作室追求的目标，而路径跟踪大大增加了实现这一目标的可能性。

路径跟踪标志着光栅化和光线跟踪等旧技术的进步。光栅化利用单个光源构建图像，而光线跟踪则通过确定场景中不同方向的多个点上可见的内容，让用户得以编程输出更逼真的光线散射和影响。

路径跟踪渲染则将算法应用于整个图片的照明属性，以此确定图像中每个像素投影到查看器中的光线的数量和质量。这种渲染方式蕴含着巨大的计算能力，支持您纳入更多效果，如景深焦点更改和运动模糊等。

近年来的许多新工具都能够将实时路径跟踪任务交到动画师和设计师手中；而路径跟踪也将成为电影、电视和游戏行业的常见功能。

图片来源：Roberto Digiglio

在图形处理术语中，光线跟踪指的是从图像中的每个像素发射一条光线（来自光源的反射）。而路径跟踪则可以发出数十到数千条光线，表示来自多个光源的照明。

实时路径跟踪渲染大大增加了图形处理器的计算负担，但也能够创建更详细、更逼真的图像。

现代游戏、电视节目和电影都要求尽可能实现照片级真实感，因此，路径跟踪很快就成为了一种标准，尽管某些动画或手绘样式仍然需要使用其他方法。

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与光栅化等旧方法相比，光线跟踪能更逼真地照亮场景。路径跟踪则是通过模拟光线与场景中每个曲面的交互方式来缩小与真实世界的差距，并生成来自各个方向的所有光源。

就原始计算能力而言，由于路径跟踪涉及的计算规模较大，因此，路径跟踪给硬件带来的负担比光线跟踪要重得多。但 GPU 技术一直在进步，这在一定程度上也得益于对高级软件流程（如路径跟踪）的需求。

光栅化是一种从单个视点照亮场景的方法。计算机在二维平面（如屏幕）上生成三维对象的动作，但光栅化只能计算颜色和空间信息，无法计算多个光源或散射效果。

路径跟踪可以使用通过光栅化创建的同一场景，然后根据光源从任何方向对图中各个像素的影响来渲染多个光源的效果，从而提供更真实照片级的效果。