最先端のリアルタイムヘアレンダリングはどのように機能しますか？

髪のシミュレーションとレンダリングが特に難しいことはよく知られていますが、実際に信じられない髪を提案するゲームの例はまれです。大量の繊維を実際にシミュレートすることや、非常に多くのストランド間で発生する可能性のあるさまざまな散乱イベントをシミュレートすることの難しさを想像することは非常に簡単です。

特にリアルタイムシナリオの場合、誰かがヘアレンダリングの主な課題を公式化できますか？これらを最新の技術でどのように克服しますか？いくつかの事実上の標準理論モデルが使用されていますか？

明確にするために、リアルタイムでは必ずしもゲームのコンテキストを意味するわけではありません。

私の答えの質が悪いのでごめんなさい。現在、コンピューターにアクセスできず、携帯電話からの編集は簡単な作業ではありません。特に、画像を貼り付けることができるようになりたいです。

髪をシミュレートする主な課題は次のとおりです。

• 照明に対する非常に特異的な反応を複製する（マテリアルとして）
• 体積特性の複製（ジオメトリとして）
• 現実的な方法でアニメーション化する

以下は、私が主題について収集した参考文献のリストであり、年代順に（主にレンダリング部分について）並べられています。

1. JAMES T. KAJIYA、TIMOTHY L. KAY、Rendering Fur With Three Dimensional Textures、1989
2. JEROME LENGYEL、EMIL PRAUN、ADAM FINKELSTEIN、HUGUES HOPPE、任意の表面上のリアルタイム毛皮、2000
3. ステファン・R・マルシュナー、ヘンリック・ワン・ジェンセン、マイク・カマラノ、人毛繊維からの光散乱、2003
4. アルミン・ブルーダリン、サニール・ハダップ、テヨン・キム、ナディア・マグネナト・タルマン、ウルリッヒ・ノイマン、イーシュ・ユー、スティーヴ・ウォーリー、フォトリアリスティック・ヘア・モデリング、アニメーション、レンダリング、シググラフ2003コース
5. THORSTEN SCHEUERMANN、ヘアレンダリングとシェーディング、ShaderX3、2004
6. THORSTEN SCHEUERMANN、ヘアレンダリングおよびシェーディング、ATI / GDC 2004
7. THORSTEN SCHEUERMANN、実用的なリアルタイムヘアレンダリングおよびシェーディング、ATI / Siggraph 2004
8. THORSTEN SCHEUERMANN、実用的なリアルタイムヘアレンダリングとシェーディング、ATI / Siggraph 2004（スライド）
9. MARTIN KOSTER、JORG HABER、HANS-PETER SEIDEL、プログラマブルグラフィックハードウェアを使用した人間の髪のリアルタイムレンダリング、2004
10. HUBERT NGUYEN、WILLIAM DONNELLY、ヘアアニメーションと Nalu デモでのレンダリング、GPU Gems 2（第23章）、2005
11. LENA PETROVIC、MARK HENNE、JOHN ANDERSON、シミュレーションと髪のレンダリングのための体積法、Pixar 2006
12. CHRISTOPHE HERY、RAVI RAMAMOORTHI、毛繊維からの反射の重要度サンプリング、ピクサー2007
13. SARAH TARIQ、LOUIS BAVOIL、GPUでのリアルタイムヘアレンダリング、Siggraph 2008。
14. ARNO ZINKE、CEM YUKSEL、ANDREAS WEBER、JOHN KEYSER、高速多重散乱散乱のデュアル散乱近似、Siggraph 2008
15. IMAN SADEGHI、HEATHER PRITCHETT、HENRIK WANN JENSEN、RASMUS TAMSTORF、アーティストフレンドリーヘアシェーディングシステム、2010
16. ユージーン・デオン、ギローム・フランソワ、マーティン・ヒル、ジョー・レッテリ、ジャン・マリー・オーブリー、省エネ髪反射モデル、2011
17. XUAN YU、ジェイソンC.ヤン、ジャスティンヘンスリー、原田隆宏、ジンギイユ、髪の複雑な散乱効果をレンダリングするためのフレームワーク、2012
18. JIAWEI OU、FENG XIE、PARASHAR KRISHNAMACHARI、FABIO PELLACINI、ISHair：ヘア散乱の重要性サンプリング、2012
19. SARAH INVERNIZZI、物理ベースのヘアレンダリング、2013
20. ウォルフガングエンゲル、トゥームレイダーでのヘアレンダリング、2013
21. EUGENE D'EON、STEVE MARSCHNER、JOHANNES HANIKA、物理ベースの毛髪繊維モデルの重要度サンプリング、2013
22. ティモシー・マーティン、ウォルフガング・エンゲル、ニコラス・チビエロズ、ジェイソン・ヤン、ジェイソン・ラクロア、TressFX：高度なリアルタイムヘアレンダリング、GPU Pro 5、2015
23. LEONID PEKELIS、CHRISTOPHE HERY、Ryusuke VILLEMIN、JUNYI LING、A Data-Driven Light Scattering Model for Hair、Pixar 2015

私はこれらの資料のすべてをまだ読んでいませんでしたが、ここに私が覚えていることのほんの一部があります（リアルタイムソリューションにもっと興味があります）。

• ji屋ケイはリアルな髪/毛皮のレンダリングの基礎を築いた
• Marschnerは改善されたモデルを提案し、髪には2つの明確な鏡面反射ハイライトがあることに注意しました（1つは直接反射のために白、もう1つは髪の繊維の内側の反射のために色付きと輝く）
• Scheuermannは、Marschnerによって記述された動作をシミュレートするために、リアルタイムに適した近似を提案しました（2つの個別の鏡面反射ハイライト、アーティスト設計の鏡面オフセットと指数、ノイズテクスチャなどのトリックを使用）。また、ポリゴンの3つのレンダリングパス（不透明、透明な背面および前面）を使用して、髪の「体積」品質をシミュレートすることを提案しました。
• 私が聞いたゲームのほとんどは、シェーディングにシェールマンのアプローチを使用しているようです。ただし、これは省エネソリューションではありません。それでも、d'Eonは2011年の論文でこの問題を解決しようとしていると思います。
  他の興味深いトピックはテッセレーションの使用です。テッセレーションは、最近多角形のアプローチを置き換え、髪の毛を個別にシミュレートするためにも使用されています。

オフラインレンダリングの世界では、より高度な課題を解決しようとしています。それらのほとんどは上記の参考文献で説明されていると思います。