Mitsuba 2

Sistemas de renderização modernos enfrentam um conjunto imponente e crescente de requisitos: na busca pelo realismo, técnicas baseadas fisicamente devem cada vez mais levar em conta propriedades intrincadas da luz, como sua composição espectral ou polarização. Para reduzir os tempos de renderização proibitivos, renderizadores vetorizados exploram a coerência por meio de paralelismo em nível de instrução em CPUs e GPUs. Algoritmos de renderização diferenciável propagam derivadas através de uma simulação para otimizar uma função objetivo, por exemplo, para reconstruir uma cena a partir de imagens de referência. Atender a casos de uso tão diversos é desafiador e levou à criação de inúmeros sistemas feitos sob medida---em parte, porque adaptar recursos dessa complexidade a um renderizador existente envolve uma transformação suscetível a erros e intrusiva de estruturas de dados elementares, interfaces entre componentes e suas implementações (em outras palavras, tudo). Propomos o Mitsuba 2, um renderizador versátil que é intrinsecamente redirecionável para várias aplicações, incluindo as listadas acima. O Mitsuba 2 é implementado em C++ moderno e aproveita a metaprogramação de templates para substituir tipos e instrumentar o fluxo de controle de componentes como BSDFs, volumes, emissores e algoritmos de renderização. Em tempo de compilação, transforma automaticamente aritmética, estruturas de dados e despachos de funções, transformando algoritmos genéricos em uma variedade de implementações eficientes sem o tédio da redesenho manual. As transformações possíveis incluem mudar a representação de cor, gerar um renderizador "amplo" que opera em feixes de caminhos de luz, compilação just-in-time para criar núcleos computacionais que executam na GPU, e diferenciação automática em modo direto/reverso. As transformações podem ser encadeadas, o que enriquece ainda mais o espaço de algoritmos derivados de uma única implementação genérica. Demonstramos a eficácia e simplicidade de nossa abordagem em várias aplicações que seriam muito desafiadoras de criar sem assistência: um algoritmo de renderização baseado na exploração MCMC coerente, um método de design de cáusticas para óptica de índice de gradiente, e uma técnica para reconstruir meios heterogêneos na presença de múltipla dispersão.