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Reyes架構(gòu)的設(shè)計(jì)目標(biāo)

Reyes架構(gòu)的設(shè)計(jì)遵從以下目標(biāo)：

模型復(fù)雜性和多樣性：為了產(chǎn)生復(fù)雜和樣式豐富的圖像，渲染系統(tǒng)的用戶必須能通過(guò)分形或粒子系統(tǒng)等，經(jīng)由編寫程序生成大量復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)。

復(fù)雜著色：場(chǎng)景的復(fù)雜度通常由光線和物體表面的相互作用產(chǎn)生。通常，在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)里，這是通過(guò)使用紋理來(lái)表現(xiàn)的，紋理可以是一組像素，用于描述表面位移（置換）、透明度或反射率等。Reyes允許用戶用計(jì)算機(jī)程序來(lái)描述表面結(jié)構(gòu)和光學(xué)互作用，而不是簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)查詢表，并和可編程著色器結(jié)合。算法的一個(gè)重要目標(biāo)是減少處理器從存儲(chǔ)器中讀取紋理的時(shí)間。

避免光線追蹤：Reyes架構(gòu)提出的時(shí)候，計(jì)算機(jī)的處理能力和存儲(chǔ)量都很有限，意味著使用光線追蹤需要耗費(fèi)幾萬(wàn)小時(shí)才能渲染完一個(gè)圖像，Reyes算法避免使用光線追蹤，因此渲染快的多，并且圖像也非常逼真。

速度：（單個(gè)計(jì)算機(jī)）一年能渲染完成一部每秒24幀的兩小時(shí)影片，即平均每幀只需要渲染3分鐘。

圖像質(zhì)量：任何圖像，若帶有無(wú)用的、因算法導(dǎo)致的缺陷，都是不可接受的。

靈活性：該架構(gòu)必須足夠靈活，在引入新技術(shù)時(shí)，不需把算法完全重寫。

Reyes算法能很高效的渲染一些電影畫面要求的必不可少的效果：光滑的曲面、表面紋理、運(yùn)動(dòng)模糊和景深。

Reyes渲染流程

Reyes渲染流程

Reyes算法通過(guò)把參數(shù)曲面分割成微多邊形（micropolygon）——小于一個(gè)像素的四邊形，來(lái)渲染光滑曲面。雖然要精確逼近曲面需要很多微多邊形，不過(guò)他們可以簡(jiǎn)單并行的進(jìn)行處理。Reyes渲染器對(duì)高級(jí)的幾何圖形進(jìn)行細(xì)分時(shí)，會(huì)根據(jù)需要來(lái)進(jìn)行，它只需要?jiǎng)偤眉?xì)分到使圖形在最終圖像中看起來(lái)光滑的程度。

然后，一個(gè)著色系統(tǒng)給微多邊形的每個(gè)頂點(diǎn)賦予一個(gè)顏色和透明度，許多Reyes渲染器允許用戶使用著色語(yǔ)言編寫任意的燈光和紋理函數(shù)。微多邊形可以在一個(gè)大的網(wǎng)格里進(jìn)行處理，因此可以進(jìn)行并行向量處理。

經(jīng)過(guò)著色的微多邊形在屏幕空間進(jìn)行采樣，以生成輸出圖像。Reyes引入了一個(gè)開創(chuàng)性的隱面判別算法或者叫hider，算法對(duì)運(yùn)動(dòng)模糊和景深進(jìn)行必要的整合，而無(wú)需比未加模糊的渲染使用更高的模型和著色采樣數(shù)。hider通過(guò)一種稱為隨機(jī)采樣的蒙特卡洛方法收集一定時(shí)間和鏡頭位置內(nèi)每個(gè)像素里微多邊形的顏色。

基本Reyes渲染管線工序

Bound，計(jì)算幾何圖形的邊界。

Split，把大的圖形分割為更小的圖形。

Dice，把圖形轉(zhuǎn)換成微多邊形網(wǎng)格，每個(gè)大概一個(gè)像素大小。

Shade，計(jì)算每個(gè)微多邊形網(wǎng)格頂點(diǎn)的燈光和顏色。

Bust，把網(wǎng)格炸開成單個(gè)的微多邊形，對(duì)每個(gè)計(jì)算邊界并判斷是否可見。

Hide，對(duì)微多邊形進(jìn)行采樣，并生成最后的平面圖像。

在這個(gè)設(shè)計(jì)中，渲染器必須把整個(gè)圖像緩存在內(nèi)存中，因?yàn)楸仨毎阉械膱D形都處理完成以后才能輸出最終圖像。一般在dice步驟之前會(huì)進(jìn)行一步叫bucketing的常見內(nèi)存優(yōu)化，這一步中，輸出圖像被分割成若干指定大小的小塊，通常每一塊是16x16像素大小，之后，場(chǎng)景中的物體沿著每小塊的大致邊緣按照位置分割到不同的塊里，然后每個(gè)小塊分別進(jìn)行處理，處理下一小塊之前會(huì)先丟棄上一個(gè)小塊的數(shù)據(jù)。如此只有當(dāng)前的小塊區(qū)域里的圖形被加載到內(nèi)存里，通常的情況下，這種處理能比未修改的Reyes算法顯著的減少內(nèi)存的使用。

Reyes渲染器

以下渲染器使用了Reyes算法，或者用戶可以根據(jù)需要選擇使用Reyes算法：

3Delight(鏈接)

Aqsis(鏈接)

jrMan(鏈接)

皮克斯的PhotoRealistic RenderMan 渲染器(鏈接)

Pixels 3d渲染器 (鏈接)

Pixie(鏈接)

DotC Software 的 RenderDotC (鏈接)

Side Effects Software 的Mantra(鏈接)

Poser 的 FireFly (鏈接)

Guerilla Render (鏈接)

Bakery Relight (鏈接)

參考資料

羅伯特·庫(kù)克，洛倫·卡彭特，艾德文·卡特姆，《Reyes 圖像渲染架構(gòu)》，計(jì)算機(jī)圖形學(xué) （1987 年 SIGGRAPH 論文），95-102頁(yè)。

Anthony A. Apodaca和拉里·格里茲，Advanced RenderMan: Creating CGI for Motion Pictures，Morgan Kaufmann，ISBN 1-55860-618-1

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