YafaRay 0.1.2 - Photon Mapping 照明方法

光子映射(Photon Mapping, PM)的運作方式主要有兩個階段。
首先由光源向場景中發射一定數量的光子，這些光子在場景中反彈數次後，記錄這些光子遺留在撞擊表面的能量（亮度、顏色等）。為求運算效率，不可能無限制的向場景中發射光子，因此必定有很多地方沒有能量資訊。所以發射光子後，PM再使用光子密度估計法(density estimates)來推算沒有光子撞擊位置的亮度，以求取整個場景的亮度分布。也因為成像有很多部份是推算出來的，所以光子映射被認為是有偏差的(biased)著色方法。PM的第二階段是由攝影機發出射線，也就是 ray tracing 來計算最終的成像。



上圖是頁首圖的著色設定。YafaRay 的光子設定分為兩個部份：漫射光子(Diffuse Photons)和焦散光子(Caustic Photons)。焦散光子專門用來計算場景中的焦散效果，其餘部份則由漫射光子負責。本文重點在漫射光子，焦散光子請參閱：YafaRay 0.1.2 - 焦散光子 Caustic photon map。漫射光子的參數包括：

• Depth : 光子碰到表面的反射與折射次數，在同樣光子數的條件下，反射次數愈多場景愈亮。
• Photons : 用來建立光子映射圖(計算場景亮度)的光子數。
• Search radius : 搜尋半徑。
• Search count : 搜尋光子數。

以下是我對光子映射運作方式的理解。YafaRay 在建立光子映射圖之後，會把整個場景分割成一個一個的小區域。分割方法是由攝影機向場景發射射線，當射線擊中物體，就以擊中的那一點為圓心，在搜尋半徑(Search radius)的範圍內搜尋光子，搜尋半徑的單位是 Blender Unit。搜尋光子數的最大值由 Search count 設定；也就是說，若搜尋數為 100，則當 YafaRay 搜尋到 100 個光子後，就不會在這個區域繼續搜尋。當整個場景的光子搜尋完畢，就根據場景中的光子密度計算整個場景的亮度。關於參數間的關係，請參閱：YafaRay 0.1.1 : 用光子映射圖(photon map)來評估 Photon Mapping 的設定。



如果開啟 Show radiance map 選項著色，得到的會是如上圖般由色塊拼成的圖像。Final Gather 即是用來消除色塊，讓顏色平滑化的方法。Final Gather 的 Samples 參數(取樣值)影響最終成像的品質，數值愈高、品質愈佳、時間愈久。官網討論區建議，在一般室內場景，Samples 值最好在 64 以上。

官網建議：光子映射較適合用在四周圍蔽的室內場景。

References:

• Photon mapping 
• YafaRay 課程幻燈片(英文)
• CG Taiwaner 台灣人玩動畫: [cgtalk文章翻譯]逼真的算圖演算法

YafaRay 學習筆記