A Class Library for Global Illumination

A Class Library for Global Illumination：用类型与接口把路径、采样器和传感器组合成可扩展渲染器，以公式、章专属交互和可重放故障证据独立重写。

学习目标

能说明A Class Library for Global Illumination中的“用类型与接口把路径、采样器和传感器组合成可扩展渲染器”，并指出公式中每个量的空间、单位或概率含义
能比较正常基线与“类层次隐藏路径概率，或对象生命周期使缓存引用失效”反例，定位类型合同、正反向PDF、所有权、序列化和最小场景测试中的首个差异
能操作三个章专属实验，让path node classes、light source sampling classes、global illumination api同时具备解释、视觉和练习证据
能修改最小实现、固定输入重放，并判断“A Class Library for Global Illumination的输入、公式中间量、输出与恢复结果可用同一基线复算”是否重新成立

从一个会失败的图像实验开始

A Class Library for Global Illumination要回答的不是“这个名词是什么”，而是：在固定输入下，如何验证“用类型与接口把路径、采样器和传感器组合成可扩展渲染器”，并让一个反例可重复地推翻错误实现？先写下预期像素、几何或估计量，再运行基线；只要类型合同、正反向PDF、所有权、序列化和最小场景测试无法指出差异来自哪一步，图像看起来正确也不能通过。

本页的不变量是：A Class Library for Global Illumination的输入、公式中间量、输出与恢复结果可用同一基线复算。反例“类层次隐藏路径概率，或对象生命周期使缓存引用失效”只改变一个条件，因而正常、故障与恢复三次运行应能用同一输入直接比较。

原版、版次与事实来源

A Class Library for Global Illumination以作者官网和第二版104页浏览稿核对书名、作者、2006版次、目录、部分图文与公式，并以出版社书目交叉确认。浏览稿不是完整正文；课程用渲染方程原始论文与Veach论文核对技术事实后独立重写。

六个检查词

、、、、、。这些词共同约束用类型与接口把路径、采样器和传感器组合成可扩展渲染器，每个词都必须落到公式、交互状态或可重放输出，不能只出现在术语表。

原书单元与独立机制解释

A Class Library for Global Illumination

path node classes 保存路径顶点的几何与概率状态，light source sampling classes 封装光源生成策略，global illumination api 负责场景、积分器和输出的稳定边界。接口必须携带PDF与测度，不能只返回方向。

本单元的正式坐标是path node classes、light source sampling classes、global illumination api。验证A Class Library for Global Illumination时，先制造“类层次隐藏路径概率，或对象生命周期使缓存引用失效”，再检查类型合同、正反向PDF、所有权、序列化和最小场景测试能否把错误定位到用类型与接口把路径、采样器和传感器组合成可扩展渲染器的首个分叉。

PathNode=(x,n,\omega,\beta,p_f,p_r,event)

先预测，再操作三个章专属实验

分步1 / 3

1. 概念与因果路径

在A Class Library for Global Illumination中选择任一正式坐标，沿机制链查看它的输入、状态变化和可推翻探针。

路径空间与光传输事件

A Class Library for Global Illumination

把用类型与接口把路径、采样器和传感器组合成可扩展渲染器展开为传感器、散射、反弹与光源四类事件。

正式概念

A Class Library for Global Illumination / path node classes

传感器

选择像素与初始方向，定义最终测量。

探针：类型合同、正反向PDF、所有权、序列化和最小场景测试

来源边界：Philip Dutré、Kavita Bala、Philippe Bekaert《Advanced Global Illumination》第二版。浏览稿与一手论文用于核对公式，课程交互不冒充原书图表。

最小可重现实验

struct PathNode {
  Point3 p; Normal3 n; Spectrum throughput;
  double pdfForward, pdfReverse;
  ScatteringEvent event;
};
PathNode extend(const PathNode&, const Sample&);

运行A Class Library for Global Illumination时固定随机种子、输入几何、坐标约定和数值精度；记录编译命令或算法版本、输出摘要与失败条件。实验输出若依赖隐藏全局状态，必须先消除该依赖再比较。

练习与答案

练习

问题 1：公式与边界。 怎样用一个数值样本证明 $PathNode=(x,n,\omega,\beta,p_f,p_r,event)$ 中的量没有混用空间、单位或概率密度？

问题 2：正式坐标。 path node classes、light source sampling classes、global illumination api如何进入可操作验证？

path node classes：在专属实验中选中该节点，保存输入与类型合同、正反向PDF、所有权、序列化和最小场景测试，注入“类层次隐藏路径概率，或对象生命周期使缓存引用失效”后恢复并重放。
light source sampling classes：在专属实验中选中该节点，保存输入与类型合同、正反向PDF、所有权、序列化和最小场景测试，注入“类层次隐藏路径概率，或对象生命周期使缓存引用失效”后恢复并重放。
global illumination api：在专属实验中选中该节点，保存输入与类型合同、正反向PDF、所有权、序列化和最小场景测试，注入“类层次隐藏路径概率，或对象生命周期使缓存引用失效”后恢复并重放。

问题 3：故障恢复。 如何证明“类层次隐藏路径概率，或对象生命周期使缓存引用失效”已经真正修复？

本章回顾

掌握A Class Library for Global Illumination意味着能将“用类型与接口把路径、采样器和传感器组合成可扩展渲染器”写成明确公式或算法，能操作正式坐标，能制造“类层次隐藏路径概率，或对象生命周期使缓存引用失效”，还能凭类型合同、正反向PDF、所有权、序列化和最小场景测试恢复同输入结果，而不是把一段Vulkan生命周期模板换上本章标题。

名词解释

本章出现的专业名词，用大白话再讲一遍。

path node classes: path node classes在A Class Library for Global Illumination中用于用类型与接口把路径、采样器和传感器组合成可扩展渲染器；应由类型合同、正反向PDF、所有权、序列化和最小场景测试确认，而不是只凭术语出现。
light source sampling classes: light source sampling classes在A Class Library for Global Illumination中用于用类型与接口把路径、采样器和传感器组合成可扩展渲染器；应由类型合同、正反向PDF、所有权、序列化和最小场景测试确认，而不是只凭术语出现。
global illumination api: global illumination api在A Class Library for Global Illumination中用于用类型与接口把路径、采样器和传感器组合成可扩展渲染器；应由类型合同、正反向PDF、所有权、序列化和最小场景测试确认，而不是只凭术语出现。
radiance: radiance：辐亮度沿无吸收直线保持，是光传输方程的基本方向量。
path throughput: path throughput：路径吞吐量累计每次散射、余弦、PDF与终止补偿。
pdf: pdf：概率密度必须与采样测度一致，才能正确形成蒙特卡洛权重。

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