Path tracing z Rozdziału 15 jest statystycznie poprawny — ale są sceny, w których zbiega się boleśnie wolno. Ten rozdział pyta: co, gdy losowe próbkowanie z kamery praktycznie nigdy nie znajduje drogi do światła?
Path tracing z Rozdziału 15 próbkuje kierunek według BRDF w każdym punkcie trafienia i liczy na to, że ścieżka trafi na światło. To działa świetnie dla dużych, rozproszonych świateł. Zawodzi dla kaustyk — światła skoncentrowanego przez szkło albo wodę w wąski snop — bo trafienie w to konkretne, wąskie okno kierunków przez czysty przypadek jest astronomicznie nieprawdopodobne.
Skoro trudno znaleźć drogę do światła z kamery, spróbuj też w drugą stronę: wystrzel ścieżkę ze światła, tak jak wystrzeliwałeś ją z kamery w Rozdziale 15 — te same odbicia, ta sama BRDF, tylko odwrócony start. Potem połącz oba końce w jedną kompletną ścieżkę światła, ważąc różne strategie łączenia tak, żeby wynik pozostał statystycznie poprawny (multiple importance sampling, MIS).
↓ Dodatek B — co to jest MIS, z dowodemPhoton mapping idzie o krok dalej: w pierwszym przebiegu wystrzeliwuje mnóstwo „fotonów” ze świateł w scenę i zapisuje, gdzie wylądowały (w strukturze przestrzennej, zwykle k-d tree) — kaustyki tworzą się same, po prostu tam, gdzie geometria naturalnie skupia dużo fotonów. W drugim przebiegu, z kamery, w każdym punkcie trafienia zbierasz (gather) foton z najbliższego sąsiedztwa, żeby oszacować lokalną gęstość światła.
To dlatego renderery produkcyjne (Arnold, RenderMan, V-Ray) mają osobne ustawienia „Caustics” — czysty path tracing z Rozdziału 15 zostawiony sam sobie potrzebowałby milionów próbek, żeby wygładzić kaustykę na dnie basenu; dedykowany photon mapping albo BDPT robi to w rozsądnym czasie.
Koszt: obie techniki są bardziej złożone implementacyjnie i pamięciowo niż prosty path tracing — photon mapping przechowuje całą mapę fotonów, BDPT liczy znacznie więcej strategii łączenia na próbkę. W praktyce większość scen renderuje się dobrze samym path tracingiem; te techniki włącza się tam, gdzie to naprawdę potrzebne.
Techniki transportu światła mamy już kompletne. W następnym rozdziale wracamy na ziemię — struktury sceny, transformacje i instancing, czyli jak w ogóle wczytać i zorganizować milion obiektów, które te wszystkie promienie testują.