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PATH INTEGRALFORMULATION OF LIGHTTRANSPORT
Jaroslav Křivánek
Charles University in Prague
http://cgg.mff.cuni.cz/~jaroslav/
Light transport
Geometric optics
camera
emit
travel
absorb
scatter
2
Jaroslav Křivánek - Path Integral Formulation of Light Transport
Light transport
camera
emit
travel
absorb
scatter
lighttransportpathlighttransportpath
3
Jaroslav Křivánek - Path Integral Formulation of Light Transport
Light transport
camera
Camera response
all paths hittingthe sensor
4
Jaroslav Křivánek - Path Integral Formulation of Light Transport
Path integral formulation
camera
camera resp.
(j-th pixel value)
all paths
measurementcontributionfunction
5
[Veach and Guibas 1995]
[Veach 1997]
Jaroslav Křivánek - Path Integral Formulation of Light Transport
Measurement contribution function
sensor sensitivity(“emitted importance”)
path
throughput
emitted
radiance
6
Jaroslav Křivánek - Path Integral Formulation of Light Transport
Geometry term
7
Jaroslav Křivánek - Path Integral Formulation of Light Transport
Path integral formulation
camera resp.
(j-th pixel value)
all paths
measurementcontributionfunction
?
camera
8
Jaroslav Křivánek - Path Integral Formulation of Light Transport
Path integral formulation
all pathlengths
all possible
vertex positions
camera
9
Jaroslav Křivánek - Path Integral Formulation of Light Transport
Path integral
pixel value
all paths
contributionfunction
10
Jaroslav Křivánek - Path Integral Formulation of Light Transport
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RENDERING : EVALUATING THE PATHINTEGRAL
Path integral
pixel value
all paths
contributionfunction
Monte Carlo integration
12
Jaroslav Křivánek - Path Integral Formulation of Light Transport
Monte Carlo integration
General approach to numerical evaluation of integrals
x1
f(x)
0
1
p(x)
x2
x3
x4
x5
x6
Integral:
Monte Carlo estimate of I:
Correct on average“:
13
Jaroslav Křivánek - Path Integral Formulation of Light Transport
MC evaluation of the path integral
Sample path     from some distribution with PDF
Evaluate the probability density
Evaluate the integrand
?
?
Path integral
MC estimator
14
Jaroslav Křivánek - Path Integral Formulation of Light Transport
Algorithms = different path sampling techniques
Path sampling
15
Jaroslav Křivánek - Path Integral Formulation of Light Transport
Algorithms = different path sampling techniques
Path tracing
Path sampling
camera
16
Jaroslav Křivánek - Path Integral Formulation of Light Transport
Algorithms = different path sampling techniques
Light tracing
Path sampling
camera
17
Jaroslav Křivánek - Path Integral Formulation of Light Transport
Algorithms = different path sampling techniques
Bidirectionalpath tracing
Path sampling
camera
18
Jaroslav Křivánek - Path Integral Formulation of Light Transport
Algorithms = different path sampling techniques
Same general form of estimator
No importance transport, no adjoint equations!!!
Path sampling
19
Jaroslav Křivánek - Path Integral Formulation of Light Transport
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PATH SAMPLING&PATH PDF
Local path sampling
Sample one path vertex at a time
1.From an a priori distribution
lights, camera sensors
2.Sample direction from an existing vertex
3.Connect sub-paths
test visibility between vertices
Jaroslav Křivánek - Path Integral Formulation of Light Transport
21
Example – Path tracing
1.A priori distrib.
2.Direction sampling
3.Connect vertices
camera
1.
2.
1.
3.
2.
2.
22
Jaroslav Křivánek - Path Integral Formulation of Light Transport
Use of local path sampling
camera
camera
camera
Path tracing
Light tracing
Bidirectionalpath tracing
23
Jaroslav Křivánek - Path Integral Formulation of Light Transport
Probability density function (PDF)
path PDF
joint PDF of path vertices
24
Jaroslav Křivánek - Path Integral Formulation of Light Transport
Probability density function (PDF)
path PDF
joint PDF of path vertices
25
Jaroslav Křivánek - Path Integral Formulation of Light Transport
Probability density function (PDF)
path PDF
joint PDF of path vertices
product
of (conditional)
vertex PDFs
Path tracing example:
26
Jaroslav Křivánek - Path Integral Formulation of Light Transport
Probability density function (PDF)
path PDF
joint PDF of path vertices
product
of (conditional)
vertex PDFs
Path tracing example:
27
Jaroslav Křivánek - Path Integral Formulation of Light Transport
Vertex sampling
Importance sampling principle
1.Sample from an a priori distrib.
2.Sample direction from an existing vertex
3.Connect sub-paths
BRDF lobeBRDF lobe
samplingsampling
emissionemission
samplingsampling
high thruputhigh thruput
connectionsconnections
Jaroslav Křivánek - Path Integral Formulation of Light Transport
28
BRDF lobeBRDF lobe
samplingsampling
Vertex sampling
 
Sample direction from an existing vertex
29
Jaroslav Křivánek - Path Integral Formulation of Light Transport
Measure conversion
BRDF lobeBRDF lobe
samplingsampling
 
Sample direction from an existing vertex
30
Jaroslav Křivánek - Path Integral Formulation of Light Transport
w.r.t. area
w.r.t. proj.solid angle
Summary
Path integral
pixel value
all paths
contributionfunction
MC estimator
path pdf
sampled
path
31
Jaroslav Křivánek - Path Integral Formulation of Light Transport
Summary
Algorithms
different path sampling techniques
different path PDF
camera
32
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Time for questions…
Tutorial: Path Integral Methods for Light Transport Simulation
Jaroslav Křivánek – Path Integral Formulation of Light Transport