Real-Time Diffuse Global Illumination Using Radiance Hints 超雑訳 その2
Real-Time Diffuse Global Illumination Using Radiance Hintsを適当に和訳してみました。
誤訳ありありなので，注意してください。
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1. Introduction
現代の対話的なグラフィックスアプリケーション，例えばゲームエンジンや視覚的にリアルなシステムは3次元シーンについてのレンダリング方程式[Kajiya 1986]の特別解である大局照明効果を含むものを通じてより高度な視覚的なリアリズムを目指して励んでいる。特殊化されたスペキュラーグローバルイルミネーション効果をリアルタイムでレンダリングするためのアルゴリズム，例えば正反射と近似反射や屈折の歪みやコースティクスなどはグラフィックスハードウェア上でうまく実装できます。GPUに対して一般的なグローバルイルミネーションの方法（例えば，フォトンマッピングやパストレーシング）を適用する結果はうまくいきそうにも関わらず，現在の方法は未だに大きなデータセットに対する典型的なアプリケーションが要求する高いフレームレートに達することができていません。
最も自然なものあるいは人工物のサーフェイス上で，重要な光量は拡散反射であるので，リアリスティックなイメージ合成上で，仮想環境内でのディフューズライト輸送のシミュレーションは主な役割を担います。簡略化されたディフューズ相互反射についてのレンダリング方程式は，直接イラディアンスの積分評価によって近似することが非常に効率的であるので，既存する対話的なグローバルイルミネーションアルゴリズムを広範囲に使用しただけです。更に，ディフューズ間接照明は空間を遅く横切る変化であり，従って，離散的な評価とボリュームのあるラディアンス場として，ラディアンスのキャッシングを可能とします。その低周波数の特質が容易にするのは，近く可能なもっともらしい直接光と間接光の混ぜ合わせで，後者[Durand et al. 2005]の粗い近似ですらできます。
この論文で提案するRadiance Hints方法はReflective Shadow Maps(関連研究セクションもまた参照してください）の光源を直接サンプリングすることによって3次元環境のボリューム内でラディアンス場を推定します。点在する場所において低コストでジオメトリなしで1次拡散反射光のラディアンスの評価が実行されます(Radiance Hints)。Radiance Hintsは後にサーフェイス近くのサーフェイスイラディアンスを評価するためにラディアンスキャッシュ点として使用され，2次ディフューズ相互反射を近似します。両方ともに低コストです。
2. Related Work
キャッシュされた値から間接照明を補間するという概念はWardら[1988]によって紹介されました。正確なラディアンス推定はいくつかのサーフェイス点上（イラディアンスサンプル点）でレイトレーシングを用いて計算され，そして残りのサーフェイス点については高速補間が使用されました。Wangら[2009]は先に進んでイラディアンスサンプル点を計算するための方法を提案し，GPU上でアルゴリズムを実装しました。その方法は正確ですが，非常に簡素なシーン上でのみ対話的なフレームレートに達します。[Gregerら 1998]で最初に紹介されたイラディアンスボリュームは方向によってパラメータ化された孤立したイラディアンスサンプルの集合とみなし，各々が2つのレベルのボリュームグリッド上の特定点について入射する光を格納しています。そのとき，サーフェイスのイラディアンスは格子頂点で保存されたイラディアンスを補間することによって近似されます。Nijasureら[2005]の研究は同じ原理に基づいていますが，規則的なグリッドの頂点において入射するラディアンスを保存するために表現された球面調和関数を使用します。入射ラディアンスは，球面調和関数の係数としてエンコードするラディアンス場と結果となるテクセルを各グリッド点でサンプリングするキューブマップをレンダリングすることによって推定します。サーフェイス点における間接照明は，最も近いグリッド点からラディアンスを補間することによって近似されます。この方法がサポートするのは，複数回の反射と間接遮蔽ですが，複雑な動的シーンまたはキューブマップのキャプチャとエンコードをするために多くのキャッシュ点について非常に高価となります。
Instant Radiosity法はKeller[1997]によって紹介され，仮想点光源(VPLs)の集合を用いてシーンの間接照明を近似します。VPLsは光源としてはたらく空間上の点であり，与えられた方向において面に反射される光をカプセル化します。たくさんのフォトンがシーンへとトレースされ，VPLsは面と衝突した点において生成され，その時に各VPLによる光源としてシーンが描画されます。この方法の主なコストは潜在的に数多くの点光源からの影の計算をすることですが，複雑なデータ構造を必要としないので，GPU実装についてとても良いものです。Lightcuts[Walterら 2005]と最近の研究，例えば[Dongら 2009]はグループ内のVPLsのクラスタリングと各クラスタごとに1つの影問い合わせを用いることによって必要とされる影問い合わせの数を減らすものですが，複雑なシーンについてパフォーマンスは依然として低いままです。
Reflective Shadow Maps(RSMs)[DachbacherとStamminger 2005]はVPLsとしてシャドウマップのピクセルをみなしていますが，これらのライトの振る舞いはシーンの遮蔽を考慮せずにギャザリングされます。対話的なフレームレートに達するためには，スクリーン空間での補間が必要です。またRSMの方法は間接照明の一次反射に限定されます。同じ著者らによるこの方法の拡張[DachsbacherとStamminger 2006]は面上に入射するラディアンスについてギャザリング操作をイメージ空間のVPLSのスプラッティング生成へと変換します。これは良いパフォーマンスに到達しますが，間接照明に対する遮蔽は依然として無視されています。近年，NicholsとWyman[2010]は多解像度スプラッティングを行うことによるRSMのパフォーマンスを遥かに向上させました。Imperfect Shadow Maps[Ritchelら 2008]は1パス内ですべてのVPLsについてシャドウマップの非常に粗い近似を効率的に描画するためにシーンのポイントベースの表現を使用しました。この方法は1次の相互反射について対話的なフレームレートで良い結果に達しています。
Jensen[1996]はフォトンマッピングの概念を紹介しました。その論文では，最初のパスにおいて光源からシーンへとフォトンがトレースされ，2回目のパスではk近傍のフォトンをギャザリングすることにより，可視可能なサーフェイス点の間接照明が近似されます。[McGuireとLuebke 2009]では，1次反射のフォトンはGPU上でラスタライズ化を用いて計算され，数多くの並列コアが対話的なフレームレートに達するためには必要とされます。近年Yaoら[2010]はフォトンスプラッティング法を紹介したのですが，その方法はボリューム適用範囲を最適化することによって，シーンのボリューム内で，入念に配置された複数の環境マップ(法線と深度情報付き)のイメージ空間上でレイとサーフェイスの交差を計算する方法です。この方法は[Szirmay Kalosら 2005]で提案されたDistance Imposter法(それは環境マップの交差を行うもの)を利用することによりレイとポリゴンの交差をとり行います。
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超雑訳 その3へ続く…。
誤訳ありありなので，注意してください。
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1. Introduction
現代の対話的なグラフィックスアプリケーション，例えばゲームエンジンや視覚的にリアルなシステムは3次元シーンについてのレンダリング方程式[Kajiya 1986]の特別解である大局照明効果を含むものを通じてより高度な視覚的なリアリズムを目指して励んでいる。特殊化されたスペキュラーグローバルイルミネーション効果をリアルタイムでレンダリングするためのアルゴリズム，例えば正反射と近似反射や屈折の歪みやコースティクスなどはグラフィックスハードウェア上でうまく実装できます。GPUに対して一般的なグローバルイルミネーションの方法（例えば，フォトンマッピングやパストレーシング）を適用する結果はうまくいきそうにも関わらず，現在の方法は未だに大きなデータセットに対する典型的なアプリケーションが要求する高いフレームレートに達することができていません。
最も自然なものあるいは人工物のサーフェイス上で，重要な光量は拡散反射であるので，リアリスティックなイメージ合成上で，仮想環境内でのディフューズライト輸送のシミュレーションは主な役割を担います。簡略化されたディフューズ相互反射についてのレンダリング方程式は，直接イラディアンスの積分評価によって近似することが非常に効率的であるので，既存する対話的なグローバルイルミネーションアルゴリズムを広範囲に使用しただけです。更に，ディフューズ間接照明は空間を遅く横切る変化であり，従って，離散的な評価とボリュームのあるラディアンス場として，ラディアンスのキャッシングを可能とします。その低周波数の特質が容易にするのは，近く可能なもっともらしい直接光と間接光の混ぜ合わせで，後者[Durand et al. 2005]の粗い近似ですらできます。
この論文で提案するRadiance Hints方法はReflective Shadow Maps(関連研究セクションもまた参照してください）の光源を直接サンプリングすることによって3次元環境のボリューム内でラディアンス場を推定します。点在する場所において低コストでジオメトリなしで1次拡散反射光のラディアンスの評価が実行されます(Radiance Hints)。Radiance Hintsは後にサーフェイス近くのサーフェイスイラディアンスを評価するためにラディアンスキャッシュ点として使用され，2次ディフューズ相互反射を近似します。両方ともに低コストです。
2. Related Work
キャッシュされた値から間接照明を補間するという概念はWardら[1988]によって紹介されました。正確なラディアンス推定はいくつかのサーフェイス点上（イラディアンスサンプル点）でレイトレーシングを用いて計算され，そして残りのサーフェイス点については高速補間が使用されました。Wangら[2009]は先に進んでイラディアンスサンプル点を計算するための方法を提案し，GPU上でアルゴリズムを実装しました。その方法は正確ですが，非常に簡素なシーン上でのみ対話的なフレームレートに達します。[Gregerら 1998]で最初に紹介されたイラディアンスボリュームは方向によってパラメータ化された孤立したイラディアンスサンプルの集合とみなし，各々が2つのレベルのボリュームグリッド上の特定点について入射する光を格納しています。そのとき，サーフェイスのイラディアンスは格子頂点で保存されたイラディアンスを補間することによって近似されます。Nijasureら[2005]の研究は同じ原理に基づいていますが，規則的なグリッドの頂点において入射するラディアンスを保存するために表現された球面調和関数を使用します。入射ラディアンスは，球面調和関数の係数としてエンコードするラディアンス場と結果となるテクセルを各グリッド点でサンプリングするキューブマップをレンダリングすることによって推定します。サーフェイス点における間接照明は，最も近いグリッド点からラディアンスを補間することによって近似されます。この方法がサポートするのは，複数回の反射と間接遮蔽ですが，複雑な動的シーンまたはキューブマップのキャプチャとエンコードをするために多くのキャッシュ点について非常に高価となります。
Instant Radiosity法はKeller[1997]によって紹介され，仮想点光源(VPLs)の集合を用いてシーンの間接照明を近似します。VPLsは光源としてはたらく空間上の点であり，与えられた方向において面に反射される光をカプセル化します。たくさんのフォトンがシーンへとトレースされ，VPLsは面と衝突した点において生成され，その時に各VPLによる光源としてシーンが描画されます。この方法の主なコストは潜在的に数多くの点光源からの影の計算をすることですが，複雑なデータ構造を必要としないので，GPU実装についてとても良いものです。Lightcuts[Walterら 2005]と最近の研究，例えば[Dongら 2009]はグループ内のVPLsのクラスタリングと各クラスタごとに1つの影問い合わせを用いることによって必要とされる影問い合わせの数を減らすものですが，複雑なシーンについてパフォーマンスは依然として低いままです。
Reflective Shadow Maps(RSMs)[DachbacherとStamminger 2005]はVPLsとしてシャドウマップのピクセルをみなしていますが，これらのライトの振る舞いはシーンの遮蔽を考慮せずにギャザリングされます。対話的なフレームレートに達するためには，スクリーン空間での補間が必要です。またRSMの方法は間接照明の一次反射に限定されます。同じ著者らによるこの方法の拡張[DachsbacherとStamminger 2006]は面上に入射するラディアンスについてギャザリング操作をイメージ空間のVPLSのスプラッティング生成へと変換します。これは良いパフォーマンスに到達しますが，間接照明に対する遮蔽は依然として無視されています。近年，NicholsとWyman[2010]は多解像度スプラッティングを行うことによるRSMのパフォーマンスを遥かに向上させました。Imperfect Shadow Maps[Ritchelら 2008]は1パス内ですべてのVPLsについてシャドウマップの非常に粗い近似を効率的に描画するためにシーンのポイントベースの表現を使用しました。この方法は1次の相互反射について対話的なフレームレートで良い結果に達しています。
Jensen[1996]はフォトンマッピングの概念を紹介しました。その論文では，最初のパスにおいて光源からシーンへとフォトンがトレースされ，2回目のパスではk近傍のフォトンをギャザリングすることにより，可視可能なサーフェイス点の間接照明が近似されます。[McGuireとLuebke 2009]では，1次反射のフォトンはGPU上でラスタライズ化を用いて計算され，数多くの並列コアが対話的なフレームレートに達するためには必要とされます。近年Yaoら[2010]はフォトンスプラッティング法を紹介したのですが，その方法はボリューム適用範囲を最適化することによって，シーンのボリューム内で，入念に配置された複数の環境マップ(法線と深度情報付き)のイメージ空間上でレイとサーフェイスの交差を計算する方法です。この方法は[Szirmay Kalosら 2005]で提案されたDistance Imposter法(それは環境マップの交差を行うもの)を利用することによりレイとポリゴンの交差をとり行います。
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超雑訳 その3へ続く…。
