間接照明

Luxologyレンダリングの照明を理解するには、まず間接照明の技術的な処理を理解する必要があります。3次元照明や発光面からの光が壁面に当たって部屋全体に跳ね返る様子は容易に想像できますが、間接照明の実際のレンダリング処理は単純ではありません。サーフェスを評価する場合、光線はサーフェスからランダムに外側に投影され、シーン内の他のサーフェスに当たった段階で評価されます。これらの評価の合計が元のサーフェスの色と明るさに対する寄与になります。

サーフェスの任意の点における間接照明を予測する方法をより正確に理解するには、任意の点の面法線が北極を貫くように透明な地球の上半分がサーフェスに接している状況を考えてみます。光線は、緯度と経度のグリッド線で構成される各セル内でサーフェスの1点からランダムな点に放射されます。このとき、1つのセルに対して1つの光線が放射されます。これらの光線はセルの外に出て別のサーフェスに当たるか、遠くにある物体に当たります。このとき、見た目の平均の色が間接放射予測になります（「放射量」は入射光で使用される技術用語です）。

ここで、平面が影で、1点に集中した明るい部分を除いて周囲の画像がすべて黒になるケースを考えます。影になるサーフェス上の各ポイントは、上記のように光線を発します。たとえば、2つの光線が明るい部分に当たるポイントもあれば、1つの光線しか当たらず、残りの光線が黒に見えるポイントもあります。2つの光線が当たったポイントは他のポイントの2倍の放射量になり、放射キャッシュがオンの場合はそのサーフェスに斑点があるように見えます（オフの場合は粒子が粗くなります）。しかし、透明な半球をさらに細かく分割すると（つまり、より多くの光線を使用すると）、光線の当たり具合によるサーフェスポイント間の推移に一貫性が生まれ、シェーディングがスムーズになります。Luxologyの間接照明はこの半球サンプリングをベースとしていますが、これらのサンプルの2つの使用方法（放射キャッシュ法とモンテカルロ法）には大きな違いがあります。

放射キャッシュ法

既定のサンプリング方法として、放射キャッシュ法というテクニックを使用します。このテクニックでは、比較的少ない数の正確なサンプルを操作してブレンドすることで、すべてのピクセルをサンプリングするときよりも短時間で高い画質の画像を生成できます。すべてのピクセルをサンプリングした場合は、品質の低いピクセルも含まれるため、"粒子の粗い"画像になることがあります。放射キャッシュをオフにすると、Luxologyは画像のすべてのピクセルを使用する半球タイプのシェーディングサンプリングで画像を生成します。光線は画像内の数百万個のピクセルと掛け合わされるため、使用する光線の数は慎重に判断する必要があります。放射キャッシュを有効にすると、Luxologyはキーポイントでインテリジェントにシーンをサンプリングしてポイント間を補間します。このため、最終フレーム全体がスムーズに表現されます。

放射キャッシュを使用すると、変動はサンプルからサンプルへと広がり、斑点になります。放射キャッシュ法では、アーチファクトを減らすために、光線の数を増やしたり、スーパーサンプリングを追加したり、合成に必要なサンプル数（補間値）を増やすなど、複数のアプローチがあります。

モンテカルロ法

放射キャッシュ法が少数の質の高い（光線数が多い）サンプルを使用してブレンドするのに対し、モンテカルロ法では、質の低い（光線数が少ない）サンプルを1ピクセルごとに使用します。サンプルの精度がモンテカルロ法の基準に満たない場合は、ピクセルごとの変動が大きくなり、表示される画像は"粒子が粗く"なります。ピクセル単位の光線の数を増やすことで品質を改善できますが、レンダリングに要する時間は大幅に増加します。「プログレッシブリファインメント」レンダリングモードでは、モンテカルロ法が使用されます。このモードでは、ピクセル単位の光線の数が自動的に増えていき、ユーザーがプロセスを停止するか事前定義された時間が経過するまで、レンダリング画像は改善され続けます。