计图可微渲染库再更新！渲染效果、速度新突破！

计图可微渲染库(Jrender)自推出以来，旨在解决可微渲染速度慢、真实感低、复现难等问题，目前已在计算机图形学、计算机视觉的学术研究领域取得应用，并获得2022年度CAD&CG大会优秀图形开源软件提名奖。

在本次更新中，Jrender同时支持了前向渲染与延迟渲染，并引入多种独有渲染效果，包括环境遮挡、软阴影、全局光照及次表面散射，大幅提升渲染真实感，以上渲染效果在其他开源可微渲染库中均未支持。

此外，基于Coarse-to-Fine和包围盒机制，Jrender的渲染速度进一步提升，相较于官方版的NMR算法、SoftRas算法及Pytorch3D可微渲染库，在不同规模场景各分辨率下均有速度优势，加速比可达几倍到几十倍不等。

图1 JRender可微渲染的效果展示

Part 1

渲染效果增强

本次JRender的更新，同时支持了更多的新功能，简单介绍如下。

环境遮挡是描绘物体自遮挡、增强渲染效果在环境光照下真实感的渲染技术。在Jrender中，我们采用SSAO算法计算环境遮挡，可以在几乎不增加计算开销的情况下增强渲染效果，尤其是复杂几何区域的细节呈现。

图2 环境遮挡(SSAO)细节增强效果

软阴影是物体之间互遮挡及自身遮挡共同作用的结果，也是在面光源、环境光源下提升渲染图像真实感的关键，我们在Jrender里采用VSM算法来渲染软阴影效果，即使对复杂阴影，也可以在实时帧率下完成渲染。

图3 软阴影(VSM)渲染效果

全局光照的计算复杂度要远高于直接光照，在实时帧率下完成全局光照渲染是很大的挑战，但全局光照特性在镜面反射、毛玻璃反射等场景中非常关键，对场景的真实感起到关键作用。为了渲染全局光照效果，我们在Jrender中采用SSR算法，如图4所示，对镜面反射、毛玻璃反射均能给出理想渲染效果。

图4 全局光照(SSR)渲染效果

次表面散射不仅考虑光线在物体表面的散射特性，也考虑光线在物体内部的散射，当光线与次表面散射介质接触时，会通过散射在物体表面其他位置出射，通常用来表现皮肤、玉石、云雾等效果。我们在Jrender中实现了SSSSS算法，用高斯卷积近似次表面散射效果，可以增强人脸皮肤等材质的真实感。

图5 次表面散射(SSSSS)渲染效果

Part 2

渲染速度提升

在可微渲染算法中，光栅化是算法的主要瓶颈，为了降低渲染算法的计算开销，我们通过Coarse-to-Fine及包围盒机制对三角面片光栅化进行加速。相比于可微渲染算法NMR的官方实现、SoftRas的官方实现及Pytorch3D可微渲染库（仅支持SoftRas一种算法），Jrender在各种规模场景、多种图像分辨率下均能取得速度优势。

表1. Jrender在512*512分辨率下相比其他可微渲染实现加速比