bsdf

路径追踪的 Rust 实现BSDF

此工具包旨在覆盖路径追踪器中广泛的各种材料，并提供重要性采样方法。

设计决策

注意：此工具包基本上处于 alpha 状态。因此，以下许多内容可能在将来发生变化或保持不变。

代码主要针对路径追踪。直接照明技术，如基于图像的照明或多边形光源，尚未实现。

照明计算仅在 f64 中进行。这是因为 BSDF 可能非常尖锐。使用 f64 有助于减少数值误差。但是，材料参数以 f32 存储以最小化内存占用。所有材料都可以即时构建，因为它们（目前）不依赖于预计算的数据。在未来的某个时候，我们可能会通过 f32 和 f64 上的泛型实现来解决这个问题。

BSDF 在局部空间中计算。这意味着假设表面为 xy 平面，z 向量为法线。因此，在评估 BSDF 之前或之后必须旋转入射和出射向量。

代码中的 |omega_i.dot(n)|、|cos theta_i| 或 |omega_i.z| 不是 BSDF 的一部分。用户负责在必要时（几乎总是）乘以它们。另一方面，Pdf 用于高质量的重要性采样。因此，它们在生成样本时试图考虑这个余弦项。

sample_...函数是确定性的。这意味着您需要负责生成范围在0.0..1.0内的f64。这允许您控制采样过程以及使用的随机生成器或低差异序列。这些随机浮点数可以是Vec3d或Vec2d的形式传递

此crate基于glam构建，它是一个简单但快速的向量数学库。

示例

pathtracer示例展示了如何将此crate集成到简单的正向路径追踪器中。代码与一周内进行光线追踪保持非常接近，以便于理解。

参考文献

大量路径追踪文献被用于此中。以下是我在此中使用的最有影响力的论文和其他来源

• Brent Burley. 迪士尼的基于物理的着色，课程笔记，修订于2014年。在ACM SIGGRAPH，电影和游戏制作中的实用基于物理的着色，2012年。
• Eric Heitz. 理解基于微facet的brdfs中的遮蔽-掩蔽函数。计算机图形技术杂志，第3卷第2期，32-91页，2014年。
• Eric Veach. 用于光传输模拟的鲁棒的蒙特卡洛方法。博士论文，斯坦福大学，1997年。
• Bruce Walter，Stephen R. Marschner，Hongsong Li和Kenneth E. Torrance。粗糙表面折射的微facet模型。欧几里得渲染研讨会论文，2007年。
• Eric Heitz，采样可见法线方向的GGX分布，计算机图形技术杂志（JCGT），第7卷第4期，1-13页，2018年 http://jcgt.org/published/0007/04/01/
• Brent Burley. 将迪士尼BRDF扩展到具有集成次表面散射的BSDF。SIGGRAPH课程，2015年。
• 沃尔特·迪士尼的BRDF探索器：https://github.com/wdas/brdf/blob/main/src/brdfs/disney.brdf
• Blender的原理BSDF：https://github.com/dfelinto/blender/blob/master/intern/cycles/kernel/osl/shaders/node_principled_bsdf.osl
• PBRT对迪士尼BSDF的实现：https://github.com/mmp/pbrt-v3/blob/master/src/materials/disney.cpp