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光线追踪原理

什么是光线追踪及其优缺点
光线追踪是一种真实地显示物体的方法,该方法由Appel在1968年提出。

光线追踪方法沿着到达视点的光线的反方向跟踪,经过屏幕上每一个象素,找出与视线相交的物体表面点P0,并继续跟踪,找出影响P0点光强的所有光源,从而算出P0点上精确的光线强度,在材质编辑中经常用来表现镜面效果。

光线追踪或称光迹追踪是计算机图形学的核心算法之一。

在算法中,光线从光源被抛射出来,当他们经过物体表面的时候,对他们应用种种符合物理光学定律的变换。

最终,光线进入虚拟的摄像机底片中,图片被生成出来。

由于该算法是成像系统的完全模拟,所以可以模拟生成十分复杂的图片。

几大图形巨头很早就提出了光线追踪的具体执行方案,但是一直由于硬件资源的不成熟,导致很多功能还无法实现,最大的一点就是不能支持实时渲染。

但Larrabee可能会是第一款支持实时光线追踪的GPU产品,光线追踪也一定是NVIDIA和Intel等在最新一代3D显示技术中的必争之地。

【光线追踪的优点】
光线追踪的流行来源于它比其它渲染方法如扫描线渲染或者光线投射更加能够现实地模拟光线,象反射和阴影这样一些对于其它的算法来说都很难实现的效果,却是光线追踪算法的一种自然结果。

光线追踪易于实现并且视觉效果很好,所以它通常是图形编程中首次尝试的领域。

【光线追踪的缺点】
光线追踪的一个最大的缺点就是性能,扫描线算法以及其它算法利用了数据的一致性从而在像素之间共享计算,但是光线追踪通常是将每条光线当作独立的光线,每次都要重新计算。

但是,这种独立的做法也有一些其它的优点,例如可以使用更多的光线以抗混叠现象,并且在需要的时候可以提高图像质量。

尽管它正确地处理了相互反射的现象以及折射等光学效果,但是传统的光线追踪并不一定是真实效果图像,只有在非常紧似或者完全实现渲染方程的时候才能实现真正的真实效果图像。

由于渲染方程描述了每个光束的物理效果,所以实现渲染方程可以得到真正的真实效果,但是,考虑到所需要的计算资源,这通常是无法实现的。

于是,所有可以实现的渲染模型都必须是渲染方程的近似,而光线追踪就不一定是最为可行的方法。

包括光子映射在内的一些方法,都是依据光线追踪实现一部分算法,但是可以得到更好的效果。

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