【渲染知识】 《渲染的秘密》深入理解无偏和有偏渲染器 Biased & Unbiasd Renderer

前言

这么多年来，非常多的新手，对于渲染器有偏和无偏的的问题，争论很多。在光头大佬的《渲染的秘密》中也讲到过“心中无偏即有偏”，所以今天我们就来了解下无偏和有偏渲染器的真实的意义。

在大多数人眼里可能会觉得"无偏"的效果会更好，“有偏”的效果相对会差一些。这样的想法可能看起来没啥毛病，同时也可能让你陷入某些误区。从渲染器算法的角度来说，"无偏"的计算结果会更精确更稳一些，“有偏”计算结果可能会出现偏差，先这样大致了解一下，那么在我们实际使用的时候，到底是怎么样的呢，为什么不管是"无偏"还是有“有偏”，都出不了想要的效果呢，这个问题，自己掂量一下哈。

那么，为了更好理解无偏和有偏，那么我们来更深入的探讨一下。

什么是无偏

无偏的基本意思是在渲染计算过程中不采用加速的算法或技巧。每一道光线都是一视同仁的，在任何重要性方面上(场景的重要区域或非重要区域)没有无偏，所以，这就需要大量的光线计算才能得到干净的效果。

Vlado 大佬曾经发表过关于无偏渲染的描述："理论上，无偏是一种算法，在同一个 3D 场景中，你需要通过多次运行该算法，并将结果平均化，你会得到最终干净和正确的渲染结果。那么，问题是在每一个单独计算的结果，可能是相当错误(噪点)，所以，渐进式采样通过多次迭代以消除噪点，每一个通道都是有噪点的，但如果把大量的通道平均在一起，你就会得到一个干净的结果“。

那么，很多人认的为渐进式渲染本身是无偏的，其实也不一定是真的。当然，你的光线追踪速度越快，那么有偏的越厉害。因为，任何渲染器都或多或少的，加入一些有偏的设置选项，来优化加速渲染。有那些选项这这个问题，当然这取决于开发人员的心情...那么，你可能想要了解一下这些惯用的设置。

常见误区

无偏渲染器是物理精确的。然而实际上，无偏和有偏都是不精确的。
BRDF(如 Blinn 或 GGX)材质算法本身就是基于真实世界的解决方案，
只是如何更快的实现真实的物理效果的区别。
全局 GI 缓存是有偏的，暴力 GI 也可能是有偏的。
路径追踪是无偏的，但在引入一些优化加速设置之后，也会完犊子。
许多渲染器会把有偏设置编码到渲染其中，并不向用户公开，你也不记道。

导致有偏渲染的那些坑

你是如何把无偏渲染完成有偏的呢，可能有的时候你记几也不记道吧？

有些渲染器会给你大坨设置，比如：Vray；
有些渲染器会给你隐藏掉很多设置，比如：Corona；

当然我们不是来比较渲染器，还是来了解下，那些设置会导致从无偏到有偏的影响吧。

无偏还是有偏

使用这些技巧，并不一定能帮助你渲染出牛逼的效果。

很多人对"无偏"或"有偏"这个词的意思，本身理解就很尴尬。
这两个术语从技术角度上科学的分析，也就是和"物理精确"有关。
无偏计算具有很高的精度，但并不代表你就渲染出牛逼的效果。
有偏计算虽然有些不精确，但也能达到牛逼的效果。
无偏渲染为了计算出更高的精度，当然会牺牲速度为代价，所以也会引入有偏设置，来加速渲染。
有偏渲染速度快，但精度对于新手来说非常感人，所以需要更多时间去学习和理解。

所以，如果觉得“无偏好，有偏不好”，这种理解本身就是有问题的。另外纠结快慢，或者那个渲染器更好，在这些问题上，本身就毫无意义，所以，光头大佬的《渲染的秘密》中，所说的心中无偏即有偏(其实是我编的)，大致就是这么个道理。

本文也是，基于探索渲染引擎的一些原理，结合一些大佬的文章，希望能解决一些，大家在学习过程中遇到的困惑或问题。

建议，大家在初学阶段，选定一个撸起来先，不要过多的纠结好与坏、快与慢，适合自己就好。当有一定基础的时候，去拓展更多的渲染器，以便在不同的工作流程中，切换更合适当前工作的渲染器。

总结

无偏或有偏，只是在实现最终效果时所运用的算法或方法不同，无偏更稳，有偏速度更快，各有所长，但渲染的结果，还是基于你对渲染的理解和掌握，并不是渲染器本身解决的问题，任何渲染器都能实现真实的效果，但是渲染器猜不透你的想法。简而言之，没有最牛逼的渲染器，只有最牛逼的人。