Path Tracing

Path Tracing

Le path tracing est une extension du lancer de rayons qui simule l'illumination globale, la façon dont la lumière rebondit dans une scène et éclaire indirectement les surfaces. Alors que le lancer de rayons de base ne gère que la lumière directe des sources lumineuses et quelques rebonds pour les réflexions, le path tracing continue de faire rebondir les rayons jusqu'à ce qu'ils atteignent une source lumineuse. Cela produit un éclairage beaucoup plus réaliste car il prend en compte toutes les façons dont la lumière voyage dans le monde réel.

L'algorithme de path tracing fonctionne en tirant un rayon de la caméra à travers chaque pixel. Lorsque le rayon frappe une surface, l'algorithme choisit aléatoirement une direction pour rebondir en fonction des propriétés du matériau de la surface. Il continue à rebondir jusqu'à ce que le rayon frappe une source lumineuse ou parte à l'infini. Cela crée un chemin de la caméra à une source lumineuse. La couleur du pixel est la lumière accumulée le long de ce chemin.

Parce que les directions de rebond sont aléatoires, un seul chemin est très bruyant. Pour obtenir une image propre, vous devez tirer plusieurs chemins par pixel et les moyenner. C'est ce qu'on appelle l'intégration de Monte Carlo. Plus vous tirez de chemins, plus l'image devient propre. Le bruit se réduit à un taux proportionnel à la racine carrée du nombre d'échantillons, ce qui signifie que nettoyer le dernier petit bruit prend très longtemps.

Le path tracing produit naturellement des effets difficiles à obtenir avec d'autres techniques. Le color bleeding, où un mur rouge projette une teinte rouge sur un mur blanc voisin, se produit automatiquement car les rayons rebondissent sur le mur rouge et transportent sa couleur. Les caustiques, les motifs de lumière focalisée que l'on voit à travers un verre d'eau, sont produites parce que les rayons sont réfractés à travers le verre et convergent sur une surface.

Presque tous les moteurs de rendu VFX modernes utilisent le path tracing. Arnold, RenderMan, Cycles, Redshift et V-Ray sont tous des path traceurs à leur cœur. Les différences entre eux résident dans la façon dont ils optimisent le processus de path tracing, les stratégies d'échantillonnage qu'ils utilisent et la façon dont ils gèrent les cas difficiles comme les sources lumineuses très brillantes ou les surfaces hautement réfléchissantes. Le path tracing est devenu la norme car il produit les résultats les plus réalistes avec le moins de configuration manuelle.