Control Variates
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控制变量引入与f相关的辅助函数h, 积分H=∫Ωxh(x)dx已知, 可改写估计量:
⟨Ix⟩=αH+(f(X)−αh(X))WX图像空间控制变量以相邻像素y为辅助函数, 要求Iy可低方差估计, 估计量如下:
⟨Ix⟩←y=α⟨Iy⟩+⟨Ix−αIy⟩记A=f(X)WX, B=f(Y)WY, 分别无偏估计Ix与Iy, A−αB的方差为:
Var[A−αB]=Var[A]+α2Var[B]−2αCov[A,B]对α求导得最优系数, 令A, B的相关系数为ρ=Var[A]Var[B]Cov[A,B], 代回得方差缩减与ρ相关:
α∗=Var[B]Cov[A,B],Var[A−α∗B]=(1−ρ2)Var[A]若X与Y独立则Cov[A,B]=0, 任意α=0均使方差增加. 对于α⟨Iy⟩+(A−αB), 若⟨Iy⟩为B则退化为A; 若为独立样本B′, 方差为Var[A]+α2(Var[B]+Var[B′]). 两种情况都不低于Var[A], 因此独立样本无法缩减方差, X与Y必须相关.
令Y=Tx→y(X), 场景连续处f(x)≈f(Tx→y(x)), 此时ρ→1.
Ix−αIy=∫Ωxf(x)dx−α∫Ωyf(y)dy=∫Ωx(f(x)−αf(Tx→y(x))Jx→y)dx不保证Tx→y(Ωx)⊇Ωy, 需要MIS:
⟨Ix−αIy⟩=mx(X)(f(X)−αf(Tx→y(X))JX→Y)WX+ my(Y)(f(Ty→x(Y))JY→X−αf(Y))WY
ReSTCV
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x重投影到y, X为当前帧新样本, ⟨Ix⟩init=f(X)WX. 时域估计为:
⟨Ix⟩=My+MinitMy⟨Ix⟩←y+Minit⟨Ix⟩initN(x)为包含x自身的空域像素集合, 空域估计为:
⟨Ix⟩=∑y∈N(x)My∑y∈N(x)My⟨Ix⟩←yReSTIR PT下⟨Ix⟩←y的参数可从蓄水池获取, GRIS估计量只根据无偏权重调整样本亮度, 控制变量估计量包含多个通道, 可有效降低复杂色彩光照或光谱渲染的方差.