Residual path integrals for re-rendering

传统的渲染技术主要是为单帧渲染设计和优化的。在实际应用中，比如场景编辑和动画渲染，用户经常会遇到连续帧之间只有一小部分场景被修改的情况。本文提出了一种新的方法来增量重新渲染具有动态对象的场景，其中只有一小部分场景从一个帧移动到下一个帧。我们将两帧之间的图像差异（或残差）定义为一个相关的光传输积分，称为残差路径积分。高效数值解决这个积分需要（1）设计重要性采样策略来关注具有非零残差传输贡献的路径，以及（2）选择适当的映射方式来映射两个帧之间的本地路径空间。我们引入了一组路径重要性采样策略，从移动的对象（即残差能量的来源）开始跟踪。我们探讨了路径映射策略，将梯度域路径跟踪的映射推广到我们的重要性采样技术，特别是针对动态场景。此外，我们的公式也可以应用于材质编辑，作为一个更简单的特殊情况。我们展示了比以前相关采样路径差异和独立渲染新帧更快的速度。我们的公式为重新渲染问题带来了新的见解，并为设计具有不同权衡的新型采样技术和路径映射铺平了道路。

本论文旨在解决动态场景下增量重新渲染的问题，即只有场景的一小部分在连续帧之间发生变化。论文提出了一种新的方法来处理这个问题。

论文将两帧之间的图像差异（或残差）定义为相关的光传输积分，称为残差路径积分。通过设计重要性采样策略和选择适当的路径映射，实现了高效的数值解法。

论文提出了一组从移动对象（即残留能量的来源）开始追踪的路径重要性采样策略，并探索了路径映射策略。此外，论文还将其公式应用于材料编辑，作为一个更简单的特殊情况。实验结果表明，相比于以前的相关采样和独立渲染新帧，本论文的方法可以提高渲染速度。

在这个领域中，最近的相关研究包括：Gradient-Domain Path Tracing（E. Heitz and F. Neyret, 2008）、Correlated Monte Carlo Sampling for Reconstruction of Unbiased Volumetric Radiance（V. K. Singh et al., 2010）等。