第1章 概述

1.1 文学编程

1.2 照片级渲染和光线跟踪算法

1.2.1 相机

1.2.2 光线-对象相交

1.2.3 光照分布

1.2.4 可见性

1.2.5 表面散射

1.2.6 递归光线跟踪

1.2.7 光线传播

1.3 pbrt系统概述

1.3.1 执行阶段

1.3.2 场景表达

1.3.3 渲染器接口与SamplerRenderer

1.3.4 主渲染循环

1.3.5 pbrt的并行机制

1.3.6 WHITTED光线跟踪积分器

1.4 如何阅读本书

1.5 使用并理解程序代码

1.5.1 指针或引用

1.5.2 代码优化

1.5.3 本书网站

1.5.4 系统扩展

1.5.5 Bug

1.6 进一步阅读

1.7 本章练习

第2章 几何形状和转换

2.1 坐标系

2.2 向量

2.2.1 运算

2.2.2 缩放操作

2.2.3 点积和叉积计算

2.2.4 标准化计算

2.2.5 基于向量的坐标系

2.3 点

2.4 法线

2.5 射线

2.6 三维包围盒

2.7 转换操作

2.7.1 齐次坐标

2.7.2 基本操作

2.7.3 平移

2.7.4 缩放操作

2.7.5 x， y， z轴旋转

2.7.6 围绕任意轴的旋转行为

2.7.7 视见转换

2.8 转换应用

2.8.1 点

2.8.2 向量

2.8.3 法线

2.8.4 射线

2.8.5 包围盒

2.8.6 复合转换

2.8.7 转换和坐标系的左右手规则

2.9 动画转换

2.9.1 四元数

2.9.2 四元数插值

2.9.3 AnimatedTransform实现

2.10 微分几何

2.11 进一步阅读

2.12 本章练习

第3章 几何形状

3.1 基本的Shape接口

3.1.1 包围机制

3.1.2 细化操作

3.1.3 相交行为

3.1.4 避免自相交行为

3.1.5 几何体着色

3.1.6 表面积

3.1.7 多面性

3.2 球体

3.2.1 构建过程

3.2.2 包围体

3.2.3 相交

3.2.4 局部球体

3.2.5 法线向量的偏导数

3.2.6 DifferentialGeometry的初始化操作

3.2.7 表面积

3.3 圆柱体

3.3.1 圆柱体的构造过程

3.3.2 圆柱体的包围机制

3.3.3 圆柱体的相交计算

3.3.4 局部圆柱体

3.3.5 圆柱体的表面积

3.4 圆盘

3.4.1 圆盘的构建过程

3.4.2 圆盘的包围机制

3.4.3 圆盘的相交计算

3.4.4 圆盘的表面积

3.5 其他二次表面

3.5.1 圆锥体

3.5.2 抛物面

3.5.3 双曲面

3.6 三角形和网格

3.6.1 三角形

3.6.2 三角形相交计算

3.6.3 网格表面积

3.6.4 着色几何体

3.7 表面细分

3.7.1 网格表达方式

3.7.2 网格边界

3.7.3 网格细分

3.7.4 计算新的顶点位置

3.7.5 更新网格拓扑结构

3.7.6 极限表面和输出结果

3.8 进一步阅读

3.9 本章练习

第4章 图元和相交加速计算

4.1 图元接口和几何图元

4.1.1 几何图元

4.1.2 TransformedPrimitive：对象实例和动画图元

4.2 集合体

4.3 网格加速结构

4.3.1 构建过程

4.3.2 遍历操作

4.4 包围体层次结构

4.4.1 BVH构建过程

4.4.2 启发式表面积计算

4.4.3 遍历过程中的紧凑BVH

4.4.4 遍历

4.5 kd树加速结构

4.5.1 树形结构的表达方式

4.5.2 树形结构的构造方式

4.5.3 遍历操作

4.6 调试聚合体

4.6.1 寻找聚合体中的bug

4.6.2 修复几何体中的bug

4.6.3 聚合体性能问题

4.7 进一步阅读

4.7.1 网格

4.7.2 包围体层次结构

4.7.3 kd树

4.7.4 启发式表面积方案

4.7.5 其他加速结构

4.8 本章练习

第5章 颜色和辐射度

5.1 光谱表达方式

5.1.1 Spectrum类型

5.1.2 CoefficientSpectrum实现

5.2 SampledSpectrum类

5.2.1 XYZ颜色

5.2.2 RGB颜色

5.3 RGBSpectrum实现

5.4 辐射度测量学的基本知识

5.4.1 基本量值

5.4.2 入射和出射辐射度函数

5.4.3 亮度和光度测定

5.5 与辐射积分协同工作

5.5.1 投影立体角的积分运算

5.5.2 球体坐标的积分运算

5.5.3 面积积分运算

5.6 表面反射

5.6.1 BRDF

5.6.2 BSSRDF

5.7 进一步阅读

5.8 本章练习

第6章 相机模型

6.1 相机模型概述

6.2 投影相机模型

6.2.1 正交相机

6.2.2 透视相机

6.2.3 景深

6.3 环境相机

6.4 进一步阅读

6.5 本章练习

第7章 采样和重构

7.1 采样理论

7.1.1 频率范围和傅里叶变换

7.1.2 理想采样状态和重构

7.1.3 锯齿

7.1.4 抗锯齿技术

7.1.5 图像合成技术

7.1.6 渲染中的锯齿来源

7.1.7 理解像素数据

7.2 图像采样接口

7.3 分层采样

7.4 低偏差采样

7.4.1 偏差定义

7.4.2 HAMMERSLEY和HALTON序列

7.4.3 [0，2]序列

7.4.4 低偏差采样器

7.5 最佳候选采样模式

7.6 自适应采样

7.7 图像重构

7.8 Film类和成像管线

7.8.1 Film接口

7.8.2 ImageFilm类

7.9 进一步阅读

7.10 本章练习

第8章 反射模型

8.1 基本接口

8.1.1 反射率

8.1.2 BRDF→BTDF适配器

8.1.3 BxDF缩放适配器

8.2 镜面反射和透射

8.2.1 菲涅耳反射率

8.2.2 镜面反射

8.2.3 镜面透射

8.3 Lambertian反射

8.4 微面元模型

8.4.1 Oren-Nayar漫反射

8.4.2 Torrance-Sparrow模型

8.4.3 Blinn微面元分布

8.4.4 各项异性微面元模型

8.5 菲涅耳入射效果

8.6 测算BRDF

8.6.1 不规则的各向同性测算BRDF

8.6.2 规则半角格式

8.7 进一步阅读

8.8 本章练习

第9章 材质

9.1 BSDF

9.2 Material接口和实现

9.2.1 MatteMaterial类

9.2.2 PlasticMaterial类

9.2.3 混合材质

9.2.4 测算材质

9.2.5 其他材质

9.3 凹凸贴图

9.4 进一步阅读

9.5 本章练习

第10章 纹理

10.1 采样和抗锯齿操作

10.1.1 计算纹理采样率

10.1.2 滤波纹理函数

10.1.3 镜面反射和透射的光线微分

10.2 纹理坐标生成

10.2.1 2D（u，v）映射

10.2.2 球体映射

10.2.3 圆柱体映射

10.2.4 平面映射

10.2.5 3D映射

10.3 纹理接口和基本纹理

10.3.1 固定纹理

10.3.2 混合纹理

10.3.3 线性插值

10.4 图像纹理

10.4.1 纹理缓存

10.4.2 纹理链

10.4.3 各向同性三角形滤波器

10.4.4 椭圆加权平均值

10.5 体纹理和过程纹理

10.5.1 UV纹理

10.5.2 棋盘纹理

10.5.3 体棋盘纹理

10.6 噪声

10.6.1 Perlin噪声

10.6.2 随机波尔卡圆斑

10.6.3 频谱合成

10.6.4 凹凸和褶皱纹理

10.6.5 风力波形

10.6.6 大理石纹理

10.7 进一步阅读

10.8 本章练习

第11章 体散射

11.1 体散射处理过程

11.1.1 吸收过程

11.1.2 放射过程

11.1.3 外散射和衰减

11.1.4 内散射

11.2 相位函数

11.3 体接口和均一介质

11.4 密度变化的空间体

11.4.1 3D网格

11.4.2 指数密度

11.5 体聚合

11.6 BSSRDF类

11.7 进一步阅读

11.8 本章练习

第12章 光源

12.1 Light接口

12.2 点光源

12.2.1 聚光灯

12.2.2 纹理投射光照

12.2.3 测角光度图光照

12.3 平行光照

12.4 区域光照

12.5 无穷远区域光源

12.6 进一步阅读

12.7 本章练习

第13章 蒙特卡罗积分Ⅰ：基本概念

13.1 背景知识和概率回顾

13.1.1 连续随机变量

13.1.2 期望值和方差

13.2 蒙特卡罗估算函数

13.3 随机变量的基本采样

13.3.1 反演法

13.3.2 舍选法

13.4 METROPOLIS采样

13.4.1 基本算法

13.4.2 选取突变策略

13.4.3 初始偏差

13.4.4 基于Metropolis采样的积分

13.4.5 示例：一维设置

13.5 分布间的转换

13.5.1 多维转换

13.5.2 极坐标

13.5.3 球体坐标

13.6 包含多维转换的2D采样

13.6.1 示例：半球均匀采样

13.6.2 单位圆盘对象采样

13.6.3 余弦加权半球采样

13.6.4 示例：三角形采样

13.6.5 示例：分段-常量2D分布

13.7 进一步阅读

13.8 本章练习

第14章 蒙特卡罗积分Ⅱ：效率改善

14.1 俄罗斯轮盘赌和划分机制

14.2 采样置放

14.2.1 分层采样

14.2.2 quasi蒙特卡罗技术

14.2.3 采样翘曲和变形

14.3 偏差

14.4 重要性采样

14.5 多重重要性采样机制

14.6 采样反射函数

14.6.1 Blinn微面元分布采样

14.6.2 各向异性微面元模型的采样

14.6.3 FresnelBlend采样

14.6.4 镜面反射和透射

14.6.5 应用：反射率估算

14.6.6 BSDF采样

14.7 光源采样

14.7.1 基本接口

14.7.2 包含奇点的光源

14.7.3 区域光源

14.7.4 ShapeSet采样

14.7.5 无穷大区域光源

14.8 体散射

14.8.1 相位函数采样

14.8.2 计算光学厚度

14.9 进一步阅读

14.10 本章练习

第15章 光线传输Ⅰ：表面反射

15.1 直接光照

15.2 光线传输方程

15.2.1 基本推导过程

15.2.2 LTE的解析解

15.2.3 LTE的表面形式

15.2.4 路径积分

15.2.5 被积函数中的delta分布

15.2.6 划分被积函数

15.2.7 测量方程和重要性

15.3 路径跟踪

15.3.1 概述

15.3.2 路径采样

15.3.3 递增式路径构造

15.3.4 实现过程

15.3.5 双向路径跟踪

15.4 实时全局光照

15.4.1 创建虚拟光源

15.4.2 利用虚拟光源进行渲染

15.5 辐射度缓存机制

15.5.1 利用辐射度缓存进行渲染

15.5.2 查找和插值

15.5.3 添加新值

15.6 粒子跟踪和光子贴图

15.6.1 粒子跟踪的理论基础

15.6.2 光子积分器

15.6.3 构造光子贴图

15.6.4 使用光子贴图

15.6.5 光子插值和密度估算

15.7 METROPOLIS光线传输算法

15.7.1 采样表达方式

15.7.2 突变行为

15.7.3 生成路径

15.7.4 路径影响作用

15.7.5 MetropolisRenderer实现

15.7.6 渲染操作

15.8 进一步阅读

15.9 本章练习

第16章 光线传输 Ⅱ：体渲染

16.1 传输方程

16.2 体积分器接口

16.3 发射积分器

16.4 单散射积分器

16.5 子表面散射

16.5.1 采样点的泊松分布

16.5.2 构建采样点八叉树

16.5.3 偶极漫反射近似计算

16.5.4 基于层次结构积分的渲染行为

16.5.5 设置散射属性

16.6 进一步阅读

16.7 本章练习

第17章 光线传输Ⅲ：光线传输的预计算

17.1 基础函数：理论

17.1.1 分段式-常数基

17.1.2 基上的投影

17.1.3 正交基函数

17.2 球谐函数

17.2.1 高效计算

17.2.2 光源投影

17.2.3 投影入射辐射度函数

17.2.4 减少环状效果

17.2.5 旋转

17.3 辐射度探测器

17.3.1 创建辐射度探测器

17.3.2 使用辐射度探测器

17.4 漫反射传输预计算

17.5 光泽传输预计算

17.5.1 传输矩阵

17.5.2 BSDF矩阵

17.5.3 GlossyPRTIntegrator实现

17.6 进一步阅读

17.7 本章练习

第18章 回顾和展望

18.1 设计回顾

18.1.1 抽象与效率

18.1.2 其他设计方案：仅使用三角形

18.1.3 提升场景复杂度

18.2 吞吐量处理器

18.2.1 未来发展状况

18.2.2 参考资源

18.3 总结

附录A实用工具

A.1 主要包含的文件

A.1.1 工具函数

A.1.2 伪随机数

A.2 图形文件的输入和输出

A.3 与用户的通信

A.3.1 错误报告

A.3.2 进度报告

A.3.3 简单的浮点文件读取器

A.4 探测器和统计

A.5 内存管理

A.5.1 可变栈的分配

A.5.2 引用计数对象

A.5.3 以缓存友好方式使用内存

A.5.4 Arena内存分配

A.5.5 2D块数组

A.6 数学计算例程

A.6.1 2×2线性方程组

A.6.2 4×4矩阵

A.7 八叉树

A.8 kd树

A.9 并行机制

A.9.1 内存一致性模型以及性能

A.9.2 原子操作

A.9.3 互斥体

A.9.4 任务系统

A.10 进一步阅读

A.11 本章练习

附录B 场景描述接口

B.1 参数集

B.1.1 ParamSetItem结构

B.1.2 添加参数集

B.1.3 在参数集查找数据值

B.2 初始化和渲染选项

B.2.1 状态跟踪

B.2.2 转换操作

B.2.3 选项

B.3 场景描述

B.3.1 层次图形状态

B.3.2 纹理和材质参数

B.3.3 表面和材质描述

B.3.4 光源

B.3.5 形状和体区域

B.3.6 对象实例化操作

B.3.7 场景结束与渲染操作

B.4 添加新的对象实现

B.5 进一步阅读

B.6 本章练习

参考文献