《C++图形渲染》课件

图形渲染C++欢迎来到图形渲染课程！本课程将带领大家深入探索计算机图形学C++的奇妙世界，从基础理论到高级技术，全面学习如何使用语言实现C++各种令人惊叹的视觉效果在接下来的课程中，我们将逐步构建完整的图形渲染知识体系，帮助你掌握专业的渲染技能，为游戏开发、影视制作、可视化等领域打下坚实基础无论你是初学者还是有一定经验的开发者，这门课程都将为你提供宝贵的知识和技能课程概述课程目标1本课程旨在帮助学生掌握图形渲染的核心概念和技术，使学生能C++够独立开发具有高质量视觉效果的应用程序通过系统学习，你将能够理解渲染管线的工作原理，并运用这些知识创建自己的渲染引擎学习路线2我们的学习将从基础的图形学理论开始，逐步过渡到实际的编程C++实现课程包括理论讲解、代码演示和实践项目，循序渐进地引导你走进图形渲染的世界，最终能够实现复杂的渲染效果先修知识3学习本课程需要具备编程基础，了解面向对象编程概念，以及基C++本的线性代数知识不要担心，我们会在课程中复习关键的数学概念，确保每位学生都能跟上进度图形渲染基础什么是图形渲染渲染的应用领域图形渲染是将三维或二维场景图形渲染技术广泛应用于游戏数据转换为可视图像的过程开发、电影特效、建筑可视化它涉及复杂的数学计算和算法、医学成像、虚拟现实和增强，模拟光线在场景中的行为，现实等领域随着计算机硬件计算颜色、阴影和纹理，最终性能的提升，实时渲染技术正生成具有真实感的图像在各个行业得到越来越广泛的应用渲染2D vs3D渲染主要处理平面图像，相对简单；而渲染需要处理三维空间中2D3D的物体，考虑光照、视角、材质等因素，计算复杂度更高现代游戏和应用通常结合使用两种渲染技术在图形渲染中的优势C++高性能底层控制12作为一种编译型语言，提供对内存和硬件资源C++C++能够生成高效的机器代码，的精确控制，允许开发者优最大限度地利用硬件性能化数据结构和算法以满足渲在图形渲染这种计算密集型染的特定需求这种底层控应用中，的高性能特性制对于开发高效的图形渲染C++尤为重要，能够实现流畅的系统至关重要实时渲染丰富的图形库3拥有众多成熟的图形库和，如、、C++API OpenGL DirectX等，提供了强大的图形渲染功能这些库通常用或Vulkan CC++实现，能与程序无缝集成，简化开发过程C++计算机图形学基础坐标系统图形渲染中使用多种坐标系统，包括局部坐标、世界坐标、观察坐标和屏幕坐标了解这些坐标系统之间的转换是实现正确渲染的基础坐标系统通常采用右手系或左手系，需要根据所使用的选择API合适的系统向量和矩阵运算向量用于表示方向和位置，矩阵用于表示变换（如平移、旋转和缩放）熟练掌握向量点乘、叉乘以及矩阵乘法等运算，对于实现各种图形算法至关重要图形数学库介绍为简化数学计算，可以使用专业的图形数学库，如（GLM OpenGL）、等这些库提供了优化的向量、矩Mathematics DirectXMath阵运算函数，大大简化了图形程序的开发图形渲染管线概述几何阶段在上执行，处理顶点数据包括GPU顶点变换、光照计算、裁剪等操作，2应用阶段将空间中的几何体转换为屏幕3D2D空间的图元这是渲染管线的起点，由控制CPU1在此阶段，应用程序准备场景数光栅化阶段据，进行碰撞检测、动画更新等操作，并将渲染命令提交给GPU将图元转换为像素，确定哪些像素2D被图元覆盖，并计算这些像素的颜色3包括插值、纹理映射、片段着色等操作顶点处理顶点数据结构顶点是构成模型的基本元素，通常包含位置、法线、纹理坐标等属3D性在中，我们可以使用结构体或类来表示顶点，确保数据布局C++与着色器输入匹配合理设计顶点数据结构可以优化内存使用和渲染性能模型变换模型变换将物体从局部坐标系转换到世界坐标系这通常涉及平移、旋转和缩放操作，可以使用变换矩阵表示模型变换矩阵4×4由物体的位置、朝向和大小决定视图变换视图变换将世界坐标系中的物体转换到相机坐标系中本质上是将相机放置在坐标原点，并沿着特定方向观察视图矩阵通常由相机的位置和朝向决定投影变换正交投影透视投影视口变换正交投影保持平行线不会收敛，常用于透视投影模拟人眼的视觉效果，远处的视口变换将标准化设备坐标系（到-11游戏、软件和建筑设计它将物体看起来比近处的小，平行线会在远的立方体）中的坐标映射到屏幕空间2D CAD观察体积（通常是长方体）中的物体直处收敛它将视锥体内的物体映射到标它定义了渲染结果在屏幕上的显示区域接映射到标准化设备坐标系，不考虑深准化设备坐标系，产生更自然的视觉，可以实现分屏显示、缩放等效果3D度对物体大小的影响效果裁剪和剔除视锥体裁剪背面剔除遮挡剔除视锥体裁剪将完全位背面剔除移除了背向遮挡剔除识别并剔除于视锥体外部的物体观察者的多边形面，被其他物体完全遮挡剔除，并对部分位于对于封闭物体，这些的物体这是一个复视锥体内外的物体进面通常不可见通过杂的问题，有多种解行裁剪这一过程通计算面的法线与视线决方案，如层次缓Z常在标准化设备坐标方向的夹角，确定面冲、遮挡查询等高系中进行，可以大幅是否朝向观察者这效的遮挡剔除可以显减少需要渲染的图元大约可以减少一半的著提高大型场景的渲数量，提高性能渲染工作量染性能光栅化基础插值一旦确定了像素覆盖区域，需要插值计算每个像素的属性（如颜色、深度、纹理坐标等）通常使用重心坐标进行插扫描转换2值，确保在透视投影下得到正确的结果扫描转换是将几何图元（如三角形）转换为像素的过程它确定哪些1像素被图元覆盖，可以使用各种算深度缓冲法如边缘方程法现代使用高GPU深度缓冲（）存储每个像素的深Z-buffer度并行的架构加速这一过程3度值，用于解决可见性问题渲染时，只有当新片段的深度值小于缓冲中存储的值时，才更新颜色和深度值，确保前面的物体遮挡后面的物体着色基础着色模型平面、、着色算法的区别1Gouraud Phong材质属性2定义物体表面如何反射光线光照模型3模拟光与物体表面的交互光照模型是模拟光与物体表面交互的数学模型，基本模型包括环境光、漫反射和镜面反射材质属性决定了物体如何响应光照，通常包括漫反射颜色、镜面反射颜色和光泽度等参数着色模型决定了如何计算和应用光照效果平面着色为每个多边形计算一个固定颜色；着色在顶点计算光照并插值；Gouraud Phong着色插值法线后在每个像素计算光照，效果最好但计算量更大纹理映射纹理映射是将二维图像应用到三维物体表面的技术，能够显著提高视觉细节而不增加几何复杂度纹理坐标（通常称为坐UV标）定义了物体表面每个点对应的纹理图像位置，范围一般为到01纹理过滤解决了纹理分辨率与屏幕分辨率不匹配的问题最近点采样简单但可能产生锯齿；双线性过滤在相邻纹素间进行插值；三线性过滤则在不同分辨率的纹理之间插值，效果最佳映射存储纹理的多个预缩小版本，根据观察距离选择合适分辨MIP率，提高渲染质量和性能渲染简介APIOpenGL DirectXVulkan是一个跨平台的图形，提是微软开发的图形族，是现代低开销图形，提供对OpenGL APIDirectX APIVulkan API供了丰富的渲染功能它采用状态机设提供低级别硬件访问，实现的精细控制它采用显式设计理念DirectX12GPU计，通过修改全局状态来控制渲染行为高效渲染它与系统深度集，减少驱动开销，支持多线程渲染Windows具有良好的兼容性，支持成，在游戏开发中广泛使用是跨平台的，但有较陡峭的学习OpenGLDirectXVulkan、、等多种操相比提供更多的底层控制，但曲线，适合追求极限性能的高级应用Windows LinuxmacOS OpenGL作系统，是入门图形编程的理想选择仅限于平台Windows与集成C++OpenGL加载器GLAD1加载函数指针，解决版本兼容问题OpenGL库GLFW2跨平台窗口和输入管理基本窗口创建3设置上下文和渲染循环OpenGL在中使用首先需要创建窗口和上下文，库提供了简便的跨平台解决方案不仅处理窗口创建，还管理输入事C++OpenGL OpenGL GLFW GLFW件、计时器等，使开发者专注于渲染逻辑而非平台细节由于是规范而非实现，需要在运行时获取函数指针库自动处理这一过程，支持特定版本的功能，解决兼容性问题OpenGL GLAD OpenGL一个基本的应用程序包括初始化和，创建窗口，设置状态，以及实现渲染循环，在循环中清除缓冲区、绘制场景OpenGLGLFWGLADOpenGL并交换缓冲区着色器编程基础顶点着色器片段着色器几何着色器曲面细分着色器计算着色器着色器是在上运行的小程序，控制渲染管线的各个阶段顶点着色器处理每个顶点，执行坐标变换和顶点属性计算；片段着色器（像素着色器）处理每个像素，计算最终颜色值（GPU GLSL着色语言）是风格的着色器语言，具有内置的向量和矩阵类型OpenGL C程序需要编译着色器源代码，创建着色器程序，并将其链接成完整的渲染管线通过变量将数据从传递到着色器，实现动态控制渲染效果理解着色器编程是实现复杂视觉效果C++uniform C++的关键，也是现代图形渲染的核心部分绘制基本图元点、线、三角形图元装配12支持多种基本图元类型图元装配是将顶点组合成图元的过OpenGL点（）是最简单的图元程不同的图元模式影响顶点如何GL_POINTS，可设置大小和形状；线（组合每三个顶点GL_TRIANGLES、、形成一个独立三角形；GL_LINES GL_LINE_STRIP）连接顶点形成一允许共享顶GL_LINE_LOOP GL_TRIANGLE_STRIP维结构；三角形（点，每增加一个顶点生成一个新三GL_TRIANGLES、、角形；以第一GL_TRIANGLE_STRIP GL_TRIANGLE_FAN）是最常用的个顶点为中心形成扇形三角形序列GL_TRIANGLE_FAN图元，任何复杂曲面都可以用三角形近似表示索引绘制3索引绘制通过索引缓冲对象（）指定顶点使用顺序，允许重用顶点数据这大IBO大减少了内存使用和数据传输量，特别是对于共享顶点的复杂网格在中，创C++建索引缓冲与顶点缓冲类似，但使用绑定点GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER变换和坐标系统模型矩阵1模型矩阵定义了物体从局部坐标系到世界坐标系的变换它由平移、旋转和缩放操作组成，通常使用矩阵表示在中，可以使用数学库4×4C++如创建和操作这些矩阵，实现物体在场景中的定位和动画GLM视图矩阵2视图矩阵定义了从世界坐标系到观察坐标系的变换，相当于放置和定向虚拟相机它本质上是相机变换的逆，将场景中的物体从相机的角度进行变换常见的构建方法包括使用相机位置、目标点和上方向向量投影矩阵3投影矩阵将观察坐标系中的物体变换到裁剪空间，为光栅化阶段准备数据透视投影矩阵使用视野角度、纵横比和近远平面距离定义视锥体；正交投影矩阵则定义一个长方体可视区域，保持平行线不会收敛相机系统实现自由相机轨道相机自由相机可以在六个自由度上移动轨道相机围绕目标点旋转，适合观和旋转，适合模拟太空或飞行场景察和检查单个物体它使用球坐标它使用欧拉角或四元数表示方向系（距离、水平角、垂直角）定义，需要考虑防止万向节锁（相机位置，可以限制角度范围防止）问题实现时通常不自然的视角实现时需要注意平Gimbal Lock存储位置向量和三个方向向量（前滑过渡和边界检查，提供直观的用、右、上），或者位置向量和方向户控制四元数第一人称相机第一人称相机模拟人眼视角，通常只允许绕和轴旋转（俯仰和偏航），X Y并保持轴垂直它适合第一人称游戏和模拟应用，通常使用鼠标控制方向Z，键盘控制移动实现时需要处理碰撞检测和重力等物理约束光照实现漫反射2光线均匀散射，定律Lambert环境光1模拟间接光照的简化方式镜面反射高光效果，或模型Phong Blinn-Phong3环境光是最简单的光照组件，为场景提供基础亮度，防止完全黑暗的区域它是间接光照的近似，不考虑光源位置和表面方向，简单地将物体漫反射颜色乘以环境光强度漫反射模拟光线均匀散射，根据定律，反射强度与光线方向和表面法线的夹角余弦成正比在着色器中，计算表面法线与光源方向的点积Lambert，得到漫反射因子镜面反射使用模型（基于反射向量）或模型（基于半向量），控制高光大小和强度，实现金属、塑料等不Phong Blinn-Phong同材质的视觉效果材质系统材质属性材质加载材质简介PBR材质属性定义了物体表面如何与光交互材质加载涉及从外部文件（如、基于物理的渲染（）材质基于真实MTL PBR基本属性包括漫反射颜色（物体主色）读取材质数据并应用于对象实世界的光学原理，使用金属度、粗糙度JSON）、镜面反射颜色（高光颜色）、光泽现材质加载器需要解析文件格式，加载等参数描述表面特性提供更准确PBR度（控制高光锐度）和环境反射系数相关纹理，并将材质参数转换为着色器、一致的结果，适应不同光照条件，已高级材质还可能包含透明度、折射率、可用的形式良好的设计应支持材质缓成为现代渲染的标准方法实现需PBR次表面散射参数等，以模拟各种真实材存，避免重复加载相同材质要特殊的着色器和更复杂的光照模型质高级纹理技术多重纹理法线贴图环境贴图多重纹理技术将多个纹理组合应用到同一表面，法线贴图在不增加几何复杂度的情况下增强表面环境贴图模拟反射和环境光照，常用立方体贴图创建复杂的视觉效果常见方法包括纹理混合（细节它存储表面每点的法线方向，在着色器中存储六个方向的环境图像它可以实现金属、玻根据权重混合多个纹理）、细节纹理（叠加高频替代几何法线进行光照计算相比于置换贴图，璃等材质的反射效果，或作为环境光照的来源细节）和蒙版纹理（控制不同纹理的可见区域）法线贴图不实际改变几何形状，但能显著提高视立方体贴图采样使用方向向量，适合全方位环3D多重纹理在地形渲染和建筑表面等场景中尤为觉细节，广泛用于游戏和实时渲染境表示有用阴影技术阴影映射软阴影级联阴影贴图PCF阴影映射是一种实时阴影技术，分两步实现百分比接近过滤（）通过对阴影贴图进行级联阴影贴图（）解决了单一阴影贴图分PCF CSM首先从光源视角渲染场景深度到阴影贴图；然多次采样并平均结果，产生软阴影边缘它显辨率不足的问题，特别是对于大型户外场景后从相机视角渲染时，将每个片段变换到光源著改善阴影质量，减少锯齿，但增加了采样成它将视锥体分割为多个部分，为每部分使用单空间，比较深度值确定是否在阴影中这种方本采样模式和范围决定了软阴影的质量和性独的阴影贴图，近处区域获得更高精度CSM法易于实现，但可能出现自阴影伪影和锯齿边能平衡显著提高了远近场景的阴影质量缘高级光照技术延迟渲染将光照计算推迟到几何处理之后，首先将场景几何信息（位置、法线、颜色等）渲染到，然后对每个光源进G-Buffer行光照计算这种方法显著提高了处理大量光源的效率，但不支持透明物体和多重采样抗锯齿全局光照模拟光线在场景中的多次反射，捕捉间接光照效果实时全局光照技术包括光照贴图、反射探针、屏幕空间反射等环境光遮蔽（）是一种简化的全局光照技术，通过估计每点被周围几何体遮挡的程度，增强凹陷区域的阴影，提高场景深AO度感常见实现包括屏幕空间环境光遮蔽（）和基于射线的环境光遮蔽SSAO后处理效果帧缓冲对象色彩校正模糊和锐化帧缓冲对象（）色彩校正包括对比度模糊效果（如高斯模FBO允许渲染到纹理而非调整、亮度控制、色糊）通过对像素及其屏幕，是实现后处理调映射等技术，用于邻域加权平均实现，效果的基础包增强图像视觉效果用于景深、运动模糊FBO含一个或多个附件（使用查找表（）等效果为提高大范LUT颜色、深度、模板）可以实现复杂的色彩围模糊的性能，可以，可以在渲染完成后变换，模拟电影级色先降采样再模糊锐作为纹理输入到后处彩分级渲染结化效果则增强图像边HDR理着色器通过链式合色调映射能够在普缘，提高细节可见度使用多个，可以通显示器上呈现高动，通常使用卷积核或FBO实现复杂的后处理流态范围场景通过减去模糊图像实水线现粒子系统粒子数据结构1粒子系统中，每个粒子通常包含位置、速度、寿命、大小、颜色等属性在中，可以使用结构体数组或类实例管理粒子数据为优化性能C++粒子发射器，粒子数据应组织为适合SIMD指令的紧凑内存布局，并考虑使用数据2导向设计原则粒子发射器控制粒子的生成和初始属性发射器参数包括发射率、发射形状（点、线、面、体积）、初始速度分布和生命周期等通过随机化这些参数，可以创建多样化的视觉效果，如火焰、烟雾、水流等加速粒子系统GPU3加速粒子系统在显卡上并行更新和渲染大量粒子实现方法包括GPU使用变换反馈或计算着色器更新粒子状态，结合实例化渲染或几何着色器展示粒子粒子系统可以模拟数十万甚至数百万粒子，适合表GPU现复杂效果地形渲染程序化地形生成使用噪声函数创建逼真地形1技术LOD2根据距离调整地形网格细节高度图3二维数组存储地形高度值高度图是地形渲染的基础，通常存储为灰度图像或数值数组，每个点表示一个高度值高度图可以手动创建、从现实地形数据导入或使用分形算法程序化生成在中，高度图数据通常用二维数组或一维数组加索引计算来表示C++级别细节（）技术根据相机距离动态调整地形网格细节，提高渲染效率常见方法包括四叉树、（）和几何裁LOD LODCDLOD ChunkedLOD剪图（）程序化地形生成使用噪声、分形布朗运动等算法创建自然地形，结合侵蚀模拟可以产生河流、山脉等地貌Geomipmapping Perlin特征水体渲染水面模拟水面模拟通常使用正弦波叠加或基于的波浪模型正弦波方法简单高效，FFT适合实时应用；而基于的方法能生成更真实的海洋波浪，但计算成本较高FFT顶点着色器可以实现简单的波浪动画，而更复杂的模拟可能需要计算着色器反射和折射水面的现实感主要来自反射和折射效果反射通常使用平面反射（渲染倒置场景）或环境映射实现；折射则通过扭曲背景图像模拟光线在水中的偏折两种效果通常基于菲涅尔方程混合，远处水面以反射为主，近处以折射为主因果波纹因果波纹（）是光线通过水面聚焦产生的明亮图案实时模Caustics拟通常使用预计算纹理动画或通过变形网格投射光线实现这种效果增强了水下场景的真实感，适用于游泳池、浅水区等环境植被渲染公告板技术实例化渲染程序化植被生成公告板技术使用始终面向相机的纹理平面表示远处的实例化渲染允许用单个绘制调用渲染多个相同几何体程序化植被生成使用算法创建多样化的植物模型常植被这种方法极为高效，适合表现大量远处的树木的实例，极大提高渲染大量植被的效率每个实例可见方法包括系统（用于模拟分支结构）和基于生长L和草丛高级公告板可以使用多个交叉平面（十字公以有独特的变换矩阵和属性变化，如颜色、大小和方规则的植物生成这些技术可以生成无限多样的树木告板）提高感，或在顶点着色器中添加轻微摆动模向，创造视觉多样性实例化渲染是现代植被渲染的、草地和灌木，减少手动建模工作，适合大型开放世3D拟风吹效果核心技术界环境大气散射瑞利散射米氏散射12瑞利散射模拟空气分子对光的散米氏散射模拟更大的悬浮颗粒（射，是天空呈现蓝色的主要原因如尘埃、水滴）对光的散射，是这种散射与波长的四次方成反云朵、雾霾和日落时天空呈红色比，使得短波长（蓝色）光散射的原因与瑞利散射不同，米氏更强烈实现瑞利散射需要计算散射对不同波长的影响更均匀，光线通过大气时的积分，可以使通常产生白色或淡黄色的效果，用查找表或解析近似简化计算在太阳周围形成明亮的晕环体积云渲染3体积云渲染模拟光线在云层中的复杂散射行为现代方法通常使用噪声函数生成云密度场，结合光线步进或光线行进算法计算散射效果为平衡质量和性能，可采用分层渲染、降采样和时间累积等技术，实现逼真的动态云层体积渲染体素光线行进烟雾和火焰效果体素是三维空间中的体积元素，类似于光线行进是体积渲染的核心算法，沿视烟雾和火焰是常见的体积渲染应用烟二维图像中的像素体素数据通常存储线方向以固定或自适应步长采样体积数雾通常使用噪声函数或流体模拟生成密为三维数组或八叉树，每个体素包含密据每个采样点的贡献基于局部密度和度场；火焰则结合温度场和发光效果度、颜色等属性体素渲染可以表现烟光照计算，并根据透明度累积为提高真实感的火焰需要模拟黑体辐射、烟羽雾、云朵、火焰等没有明确表面的现象性能，可使用空间加速结构、自适应步上升和涡流效果，可以通过组合多个技，常用于医学成像和特效模拟长和早期光线终止等优化技术术实现高质量实时效果几何着色器应用135几何生成阶段输入图元类型最大顶点输出几何着色器是渲染管线中可选的编程阶段，位于顶点几何着色器接受点、线、三角形等类型的图元作为输几何着色器可以为每个输入图元输出多个顶点，但有着色器之后、光栅化之前它独特地能够创建或删除入，并可生成不同类型的输出图元，如三角形条带硬件限制这个限制影响可以生成的几何细节级别，图元，使其成为动态生成几何体的强大工具这种灵活性使其适合多种几何变换任务需要在设计算法时考虑几何着色器应用广泛，例如可以用于几何生成，在运行时程序化创建复杂形状，如在单个点周围生成草叶或在线条上生成管道毛发渲染是另一个典型应用，可以从皮肤表面顶点生成多条线段，创建简单但有效的毛发效果爆炸效果也可以利用几何着色器实现，通过计算爆炸力和碎片移动路径，动态生成和变形图元尽管功能强大，但几何着色器会引入性能开销，在移动平台上尤为明显，所以在实际应用中需要谨慎评估其使用场景曲面细分着色器曲面评估2计算新顶点的精确位置细分控制1控制每个面的细分级别动态LOD根据距离调整细节级别3曲面细分着色器是渲染管线中相对较新的阶段，允许在上动态增加模型细节它分为两个主要阶段细分控制着色器决定基本图元应该如何被GPU细分；曲面评估着色器则计算新生成顶点的精确位置和属性细分技术可以显著提高渲染质量，特别是用于置换贴图时低多边形模型可以在运行时细分并通过高度图或法线贴图添加细节，大大减少了模型存储和传输需求动态是其重要应用，根据相机距离自动调整细分级别，近处的对象获得更高的细节，远处的对象保持低多边形，优化性能的同LOD时保证视觉质量计算着色器应用布料模拟布料模拟使用弹簧质点系统或位置约束求解器模拟布料行为计算着色器可以并行计算质点位置和约束满足，大大加速复杂粒子模拟布料的模拟支持碰撞检测、风力影响等2计算着色器可以并行更新大量粒子的物理效果，实现逼真的布料动画位置和状态，实现复杂的物理模拟每个工作组处理一组粒子，利用共享1流体模拟内存优化邻居搜索这种方法可以在计算着色器是实现实时流体模拟的理想选上模拟数十万粒子，适合实现烟GPU择，可以高效求解方程或格Navier-Stokes雾、火焰、流体等效果3子玻尔兹曼方法上的并行计算显著GPU加速压力求解和速度场更新，支持实时交互式流体模拟，适用于水、烟雾和火焰效果实时全局光照实时光线追踪技术1硬件加速和降噪技术的突破路径追踪2模拟光线多次反射的方法Monte Carlo光线追踪基础3追踪光线穿过场景的物理模拟光线追踪是一种基于物理的渲染技术，通过跟踪光线与场景交互模拟光的传播基本光线追踪计算直接光照、阴影和单次反射；而路径追踪扩展了这一概念，使用蒙特卡洛方法随机采样多条光线路径，能够捕捉复杂的间接光照、柔和阴影和色彩渗透效果实时光线追踪长期以来被认为是不可能的，但硬件加速光线追踪（如和）改变了这一点结合降噪技术（NVIDIA RTXAMD RayAccelerators使用机器学习或时域累积）、混合渲染（光栅化光线追踪）和可变采样率等优化手段，现代能够在交互式帧率下实现有限的光线追踪效+GPU果，为游戏和可视化应用带来前所未有的真实感基于物理的渲染（）PBR基于物理的渲染（）是现代实时渲染的标准方法，它基于真实世界的光学原理建立材质和光照模型微表面模型是的核心，PBR PBR假设物体表面由微小的镜面反射面组成，其分布由粗糙度参数控制这个模型解释了为什么粗糙表面产生漫反射而光滑表面产生镜面反射双向反射分布函数（）描述光如何从表面反射，典型的管线使用，它结合了菲涅尔效应、几何自阴BRDF PBRCook-Torrance BRDF影和微表面分布基于图像的照明（）是的关键组成部分，使用环境贴图作为光源，捕捉真实世界的复杂光照通过预计算和IBL PBR重要性采样等技术，可以在实时应用中高效实现，使物体在任何环境中都具有自然的外观IBL。