光線追蹤，Lytro光場體追蹤以及CG在VR中生成光場

看到題目之後，我覺得大多數讀者和我一樣，一臉懵B，但不要緊張，且聽我慢慢分解。

不安分的Lytro最近發布了名為「Lytro Volumn Tracer」(Lytro VT)的產品，它作為一套強大的工具可以用於CG 3D場景的光場體的創建，同時能夠為用戶提供視覺高質量以及完全沉浸式的VR體驗。

Lytro VT可以使用任何DCC和渲染引擎（例如Maya和VRay）來生成一組3D場景的2D採樣。

首先，Lytro VT將虛擬相機放置於CG場景中，虛擬相機包含場景中任何可能的視角，需要注意的是這些場景已經包含在定義好的光場體中，並且虛擬相機可以根據需要調整以最大限度地提高顯示質量和性能。

渲染引擎用於追蹤場景中的虛擬光線，並從設備中每個攝像頭捕獲一定數量的2D圖像樣本。Lytro VT通過追蹤從每個被渲染的像素到其相機的原點的光線(光積跟蹤)來創建視覺體，通過以上神操作就可以感受到沉浸式的光場VR體驗。

以上是由1000個視點組成的視覺體。在該視覺體中，VR HMD中的觀看者可以體驗具有最高級別的光線追蹤光學效果，每個方向上完美的視差以及六個自由度（6DOF）的重建CG場景。

光線跟蹤的樣本包括對顏色和深度信息（RGBZ等數據）的跟蹤。攝像機的數量及其配置取決於場景的視覺複雜程度以及播放過程中所需視圖的預定大小。

Lytro VT處理來自於該2D樣本的顏色以及深度信息，並通過Lytro Player創建用於在VR中展示的光場體。

該3D場景中的視圖體由白色立方體表示。單個相機由綠色球體表示，它具有自己單獨的視點。虛擬的Lytro VT攝像機包含有成百上千個獨立的攝像機。2D場景樣本渲染使用虛擬裝備中每個獨立像機進行光線追蹤。

以上是一個相機跟蹤的來自於場景中5個不同位置的光線的局部放大圖，通過對每個獨立相機進行光線跟蹤就可以重建光場。

在將來，Lytro VT與渲染可以和並為一個無縫過程，允許光場直接進行光線跟蹤，而不需要2D圖像樣本的中間步驟。然而這是需要代價的，這一過程需要很強的渲染器集成，並且要放棄這個如今如此靈活的Lytro VT。

作為從虛擬3D場景創建真實2D圖像的渲染技術，光線追蹤能夠產生極高質量的圖像。用最簡單的術語來說，基於模擬光線與3D場景中的物體表面的相互作用，反映在2D圖像平面就是被渲染的彩色像素。

光線追蹤適用於精確渲染某些光學效果，例如如反射，折射和散射（光度），但這些需要大量的計算時間。

具有全光學效果的光線追蹤對於實時幀率而言簡直太慢。但是不得不說，光線追蹤非常適合需要最高級別圖像質量並可以離線的應用，如電影視覺效果。

上圖為光線跟蹤的過程：通過虛擬相機的視角可以看到，虛擬相機跟蹤到了物體與物體之間的光線反覆反射，並最終到達光源的位置。

如果有些物體遮擋了光線，那麼就會產生被遮擋的光線。這種技術的計算效率很高，因為它只需追蹤相機通過虛擬鏡頭看到的光線路徑。

Lytro VT和光線追蹤是相輔相成的，然而在光線追蹤的概念方向上形成對比。

如上所示，光線跟蹤通過跟蹤從固定攝像機向外看光線的路徑，從而呈現圖像中的彩色像素。

相反，Lytro VT通過從一個視覺體內的每個視點向內朝著觀察者，去追蹤來自每個渲染像素的光線來重建光場體。

於是在Lytro Player中，觀眾在這些密集的光線的移動，沉浸在具有最高級視覺質量的重建CG場景中，並且在每個方向都具有完美的視差和六個自由度。

在這種體驗中，光線不是實時呈現，而是從大量預先渲染的光線中實時獲取，為視圖體積內每個位置的每隻眼睛組成一張圖像。

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