光線跟蹤演算法

① 光線跟蹤演算法中包含了哪些光照效果

光線跟蹤演算法性質是比光線投射，缺點是需要假設光線在觀察點處終止

② 光線跟蹤的特點

光線跟蹤的一個最大的缺點就是性能，掃描線演算法以及其它演算法利用了數據的一致性從而在像素之間共享計算，但是光線跟蹤通常是將每條光線當作獨立的光線，每次都要重新計算。但是，這種獨立的做法也有一些其它的優點，例如可以使用更多的光線以抗混疊現象，並且在需要的時候可以提高圖像質量。盡管它正確地處理了相互反射的現象以及折射等光學效果，但是傳統的光線跟蹤並不一定是真實效果圖像，只有在非常緊似或者完全實現渲染方程的時候才能實現真正的真實效果圖像。由於渲染方程描述了每個光束的物理效果，所以實現渲染方程可以得到真正的真實效果，但是，考慮到所需要的計算資源，這通常是無法實現的。於是，所有可以實現的渲染模型都必須是渲染方程的近似，而光線跟蹤就不一定是最為可行的方法。包括光子映射在內的一些方法，都是依據光線跟蹤實現一部分演算法，但是可以得到更好的效果。

③ 寫出光線跟蹤演算法的基本過程.在光線跟蹤的遞歸程序中，遞歸終止條件有哪幾種

先來理解下概念：遞歸過程一般通過函數或子過程來實現。遞歸方法：在函數或子過程的內部，直接或者間接地調用自己的演算法。 充分必要條件是:問題具有某種可借用的類同自身的子問題描述的性質；某一有限步的子問題(也稱本原問題)有直接的解存在。 ...

④ 高效光線跟蹤的演算法有那些

淺析3D Max中的高級燈光技術

摘要：3D Max在3D製作軟體中渲染功能一直比較薄弱，使其只甘居Maya等3D製作軟體之下。為彌補這一缺陷，在5.0版中3D Max增加了高級燈光技術，擁有光能傳遞、光線追蹤器兩個全局照明系統，在渲染功能上有了非常顯著的改善。本文主要介紹新的光能傳遞演算法。

關鍵詞：渲染 全局照明 光能傳遞

3D MAX 的渲染功能一直比較薄弱，其效果遠不如其他軟體（例如Maya）那樣逼真，這在很大程度上是因為3D MAX默認的燈光技術不夠先進。

在3D MAX中經常使用「光線追蹤（Ray-Trace）」材質，與之相聯系的就是光線追蹤渲染演算法。這種演算法假設發出很多條光線，光線遇到物體時，被遮擋、反射或者折射，通過跟蹤這些光線，就可以得到場景的渲染效果。但是這種方法有一個嚴重的缺點，就是不能反映現實生活中光的很多特性。例如，在現實生活中，燈光照射到物體後，每個物體都會發射一部分光線，形成環境光，從而導致沒有被燈光直射的物體也能被照明，而不是完全出於黑暗狀態。又如，把一個紅色物體靠近白色的牆壁，那麼牆壁靠近物體的地方會顯出也帶有紅色。還有很多諸如此類的燈光效果，使用光線追蹤演算法都不能產生。

為了解決這些問題，人們發明了更先進的演算法來計算燈光的效果，這就是「光能傳遞（Radiosity）」演算法。這種演算法把光作為光量子看待（實際上更符合現代物理學），通過計算光量子的能量分布獲得渲染結果。這種方法能夠獲得最逼真的照明效果，因此，通常將光能傳遞演算法和光線追蹤演算法結合起來，以獲得最佳的效果。3D MAX5.0新增的高級光照功能則包含了兩個不同的系統：光能傳遞（radiosity）和光線追蹤器（light tracer）。它所得到的結果非常接近對真實事物的再現。

光線追蹤器比較通用，也容易使用，使用它不需要理解許多技術概念，任何模型和燈的類型都適用。光能傳遞相對較復雜，需要為這種處理方式專門准備模型和場景。燈必須是光度控制燈，材質也必須仔細設計。但光能傳遞在物理上是精確的，對於建築模型的精確設計是必須的，這一點非常重要，尤其當建模的目的是進行光照分析時。另外，光線追蹤器的結果與視點無關，而光能傳遞不是這樣的。光線追蹤器在每一幀都計算光照。光能傳遞只會計算一次，除非場景中的物體移動了或燈發生了變化，或者是從另一個不同的視點渲染場景時。基本原則是光線追蹤器更適用於有大量光照的室外場景、角色動畫和在空曠的場景中渲染物體。光能傳遞更適合於使用了聚光燈的室內場景和建築渲染。

使用光線追蹤器進行室內光照模擬時，為避免平坦表面上的噪波，可能需要相當高質量的設定和很長的渲染時間。光能傳遞則可以用更短的時間提供更好的效果。另一方面，光能傳遞用於有許多多邊形的角色模型時，需要額外的細化步驟、過濾，甚至是Regathering(重新聚合)。而光線追蹤器適用默認的設置一次渲染就可以得到更好的效果。

傳統的渲染引擎值考慮直接光照

不考慮反射光，然而，反射光是

一個場景的重要組成部分。 對相同的場景使用全局光照渲染，

上圖使用了光能傳遞（radiosity）

就可以得到一種真實的結果。

光能傳遞是在一個場景中重現從物體表面反射的自然光線，實現更加真實和物理上精確的照明結果。如圖所示。光能傳遞基於幾何學計算光從物體表面的反射。幾何面（三角形）成為光能傳遞進行計算的最小單位。大的表面可能需要被細分為小的三角形面以獲得更精確的結果。場景中三角形面的數目很重要。如果數目不夠結果會不精確，但如果太多時間又會太長。光能傳遞提供一種將大的三角形面自動細分的方法，同時也可以控制每個物體的細分和細化程度。光能傳遞依賴於材質和表面屬性以獲得物理上精確的結果。在場景中進行建模時必須牢記這一點。要使用光度控制燈，而且模型的幾何結構應盡可能准確。

1．單位

要獲得精確的結果，場景中作圖單位是一個基礎。如果單位是「英寸」，一個100×200×96單位的房間可以被一個相當於60瓦燈泡的光度控制燈正確照明，但如果單位是「米」，相同場景會變得非常暗。

2．光能傳遞的解決方案

光能傳遞是一個獨立於渲染的處理過程，一旦解決方案被計算出來，結果被保存在幾何體自己內部。對幾何體或光照作改變將使原解決方案無效。解決方案是為整個場景全局計算的，這意味著它與視點無關。一旦計算出來，就可以從任何方向觀察場景。當攝像機在一個固定場景中移動時，這將會節省時間。如果對幾何體或燈作了動畫，每一幀都必須計算光能傳遞。渲染菜單中的選項允許定義如何處理光能傳遞過程。

。

⑤ 計算機圖形學， 光線跟蹤演算法的過程是什麼

光線跟蹤思路：從視點出發，通過圖像平面上每個像素中心向場景發出一條光線，光線的起點為視點，方向為像素中心和視點連線單位向量。光線與離視點最近的場景物體表面交點有三種可能：
當前交點所在的物體表面為理想漫射面，跟蹤結束。
當前交點所在的物體表面為理想鏡面，光線沿其鏡面發射方向繼續跟蹤。
當前交點所在的物體表面為規則透射面，光線沿其規則透射方向繼續跟蹤。

偽代碼：

void TraceRay(const Vec3& start, const Vec3& direction, int depth, Color& color)
{
Vec3 intersectionPoint, reflectedDirection, transmittedDirection;
Color localColor, reflectedColor, transmittedColor;
if (depth >= MAX_DEPTH) {
color = Black; //#000
}
else {
Ray ray(start, direction); //取start起點，方向direction為跟蹤射線；
if ( !scene->HasIntersection(ray) )
color = BackgroundColor;
else {
計算理起始點start最近的交點intersectionPoint,
記錄相交物體intersectionObject,

// #1
Shade(intersectionObject, intersectionPoint, localColor);

// #2
if ( intersectionPoint所在面為鏡面 ) {
計算跟蹤光想S在intersectionPoint處的反射光線方向reflectedDirection,
TraceRay(intersectionPoint, reflectedDirection, depth+1, reflectedColor);
}
// #3
if ( intersectionPoint所在的表面為透明面 ) {
計算跟蹤光線S在intersectionPoint處的規則透射光線方向transmittedDirection,
TraceRay(intersectionPoint, transmittedDirection, depth+1, transmittedColor);
}
// #summarize
color = localColor + Ks * reflectedColor + Kt * transmittedColor;
}// else
} //else
}
// 局部光照模型計算交點intersectionPoint處的局部光亮度localColor
void Shade(const Object& intersectionObj, const Vec3& intersectionPoint, Color& localColor)
{
確定intersectionObj在intersectionPoint處的單位法向量N,
漫反射系數Kd,
鏡面反射系數Ks,
環境反射系數Ka;
localColor = Ka * Ia; //Ia為環境光亮度
for ( 每一個點光源PointLight ) {
計算入射光線單位向量L和虛擬鏡面法向單位向量H,
// 由Phong模型計算光源PointLight在intersectionPoint處的漫反射和鏡面反射光亮度
localColor += ( Ipointlight * ( Kd * (N.dot(L)) + Ks * (N.dot(H))^n ) );
}
}

⑥ 計算機圖形學的專業圖書3

書名:計算機圖形學(21世紀高等院校規劃教材)
ISBN:750842898
作者:銀紅霞//杜四春//蔡立軍
出版社:中國水利水電出版社
定價:26
頁數:260
出版日期:2005-5-1
版次:
開本:小16開
包裝:平裝
簡介:本書詳細雨介紹了計算機圖形學的基本原理、理論、數學方法、演算法及計算機圖形系統。內容包括計算機圖形系統、計算機圖形學的基本演算法、裁剪與變換、自由曲線和曲面、幾何造型、隱藏線和面的消除、真實感圖形顯示等。書後有3個附錄，內容包括圖形變換的數學基礎、三套模擬試題及參考答案、課程實驗指導和課程實驗參考解決方案。
本書可以作為高等學校計算機及相近專業的教材，或作為計算機圖形學的培訓、自學教材；也可供從事計算機圖形學或相關領域研究的技術人員參考。
本書為授課教師和讀者免費提供PowerPoint電子教案，教師可以根據教學需要任意修改。 序
前言
第1章 緒論
1.1 計算機圖形學的研究內容
1.2 計算機圖形學與圖像處理
1.3 計算機圖形學的發展
1.4 計算機圖形學的應用領域
習題一
第2章 圖形系統
2.1 圖形系統的組成
2.1.1 圖形系統的功能
2.1.2 圖形系統的分類
2.2 圖形硬體設備
2.2.1 圖形顯示設備
2.2.2 圖形繪制設備
2.2.3 圖形輸入設備
2.3 圖形軟體系統
2.3.1 圖形軟體的層次
2.3.2 圖形軟體標准
2.3.3 OpenGL簡介
習題二
第3章 基本圖形生成演算法
3.1 生成直線的常用演算法
3.1.1 DDA畫線演算法
3.1.2 中點畫線演算法
3.1.3 Bresenham畫線演算法
3.1.4 直線屬性
3.2 生成圓弧的常用演算法
3.2.1 圓的特性
3.2.2 中點畫圓演算法
3.2.3 Bresenham畫圓演算法
3.3 區域填充
3.3.1 區域的表示和類型
3.3.2 掃描線多邊形填充演算法
3.3.3 邊填充演算法
3.3.4 種子填充演算法
3.3.5 圓域的填充
3.3.6 區域填充屬性
3.4 字元
3.4.1 字元存儲與顯示
3.4.2 字元屬性
3.5 裁剪
3.5.1 點的裁剪
3.5.2 直線裁剪
3.5.3 多邊形裁剪
3.5.4 曲線裁剪
3.5.5 字元裁剪
3.5.6 三維圖形的裁剪
3.6 反走樣
3.6.1 光柵圖形的走樣現象
3.6.2 常用反走樣技術
習題三
第4章 圖形變換
4.1 二維圖形幾何變換
4.1.1 齊次坐標
4.1.2 二維圖形的基本變換
4.1.3 復合變換
4.2 三維圖形幾何變換
4.2.1 三維圖形的基本變換
4.2.2 復合變換
4.3 投影變換
4.3.1 投影變換的基本概念
4.3.2 平行投影
4.3.3 透視投影
4.4 坐標系統及其變換
4.4.1 坐標系統
4.4.2 模型變換
4.4.3 觀察變換
4.4.4 窗口-視區變換
習題四
第5章 曲線和曲面
5.1 參數表示曲線和曲面的基礎知識
5.1.1 曲線和曲面的表示方法
5.1.2 位置矢量、切矢量、法矢量、曲率與撓率
5.1.3 樣條表示
5.2 Hermite曲線
5.2.1 n次參數多項式曲線
5.2.2 三次Hermite曲線的定義
5.2.3 三次Hermite曲線的矩陣表示
5.2.4 三次Hermite曲線的演算法
5.3 Bezier曲線
5.3.1 Bezier曲線的定義
5.3.2 Bernstein基函數的性質
5.3.3 Bezier曲線的性質
5.3.4 Bezier曲線的生成
5.4 B樣條曲線
5.4.1 B樣條曲線的定義
5.4.2 B樣條曲線的表示及性質
5.4.3 B樣條曲線的生成
5.5 Coons曲面
5.5.1參數曲面的基本概念
5.5.2 Coons曲面的定義
5.5.3 Coons曲面的拼合
5.6 Bezier曲面
5.6.1 Bezier曲面的定義及性質
5.6.2 Bezier曲面的生成
5.7 B樣條曲面
5.7.1 B樣條曲面的定義
5.7.2 B樣條曲面的生成
習題五
第6章 幾何造型
6.1 簡單幾何形體
6.1.1 幾何元素的定義
6.1.2 平面立體的拓撲關系
6.2 形體的常用模型
6.2.1 線框模型
6.2.2 表面模型
6.2.3 實體模型
6.3 形體的常用表示方法
6.3.1 分解表示
6.3.2 構造表示
6.3.3 邊界表示
習題六
第7章 消隱
7.1 基本概念
7.1.1 消隱的定義
7.1.2 消隱的分類
7.1.3 消隱演算法的基本原則
7.2 畫家演算法
7.2.1 演算法的基本思想
7.2.2 深度優先順序表的建立
7.3 z緩沖區(z—Buffer)演算法
7.3.1 演算法的基本思想
7.3.2 演算法的描述
7.3.3 演算法的改進
7.4 掃描線z緩沖區演算法
7.4.1 演算法的基本思想
7.4.2 演算法的描述
7.5 光線追蹤演算法
7.5.1 演算法的基本思想
7.5.2 演算法的描述
習題七
第8章 真實圖形
8.1 光照模型
8.1.1 基本光學原理
8.1.2 環境光
8.1.3 漫反射光
8.1.4 鏡面反射光和馮(Phong)反射模型
8.2 明暗處理
8.2.1 雙線性光強插值(Gouraud明暗處理
8.2.2 雙線性法向插值(Phong明暗處理)
8.3紋理
8.3.1 概述
8.3.2 二維紋理域的映射
8.3.3 三維紋理域的映射
8.3.4 幾何紋理
8.4 光線跟蹤
8.4.1 基本光線跟蹤演算法
8.4.2 光線與物體的求交
8.4.3 光線跟蹤演算法的加速
習題八
附錄
附錄A 圖形變換的數學基礎
一、矢量的定義及運算
二、矩陣的定義及運算
三、線性方程組的求解
附錄B 模擬試題
模擬試題一
模擬試題二
模擬試題三
模擬試題一參考答案
模擬試題二參考答案
模擬試題三參考答案
附錄C 課程實驗指導
一、課程實驗方案
二、課程實驗解決方案
參考文獻

⑦ 幫忙用openGL實現一個光線跟蹤

http://www.opengl.org/news/comments/implementing_ray_tracing_on_a_gpu_using_the_opengl_shading_language/
GPU的程序,自己看吧!

⑧ 光追和沒光追差別大嗎

光追和沒光追差別大。

該游戲就加入了光線追蹤效果，懸浮的獎勵道具在牆上的投影就是通過光學追蹤計算出來的，使得光源的真實感大大提高。

光源追蹤技術也遠非完美。計算出正確的反射和折射角度也不代表就能達到完全真實的視覺效果，因為光有顏色，不同顏色的光還會疊加等等，這些額外的計算也需要很好地演算法和大量的計算。

光學追蹤技術在3D游戲中的應用尚屬初級階段，DirectX 10為這種技術的發揮提供了良好的基礎，再加上新一代高性能顯卡的推出，相信在不久的將來就會有更真實的光影效果呈現在您眼前。

流行來源

光線跟蹤的流行來源於它比其它渲染方法如掃描線渲染或者光線投射更加能夠現實地模擬光線，象反射和陰影這樣一些對於其它的演算法來說都很難實現的效果，卻是光線跟蹤演算法的一種自然結果。

光線跟蹤易於實現並且視覺效果很好，所以它通常是圖形編程中首次嘗試的領域。

光線跟蹤的一個最大的缺點就是性能，掃描線演算法以及其它演算法利用了數據的一致性從而在像素之間共享計算，但是光線跟蹤通常是將每條光線當作獨立的光線，每次都要重新計算。

⑨ 求光線跟蹤演算法技術 pdf

本書詳細闡述了與光線跟蹤問題相關的高效解決方案及相應的數據結構和演算法，主要包括采樣技術、投影視圖、視見系統、景深、非線性投影、立體視覺、光照與材質、鏡面反射、光澤反射、全局光照、透明度、陰影、環境遮擋、區域光照、光線與對象間的相交計算、對象變換、柵格技術以及紋理映射技術等內容。此外，本書還提供了相應的演算法、代碼以及偽代碼，以幫助讀者進一步理解計算方案的實現過程。