光线跟踪算法

① 光线跟踪算法中包含了哪些光照效果

光线跟踪算法性质是比光线投射，缺点是需要假设光线在观察点处终止

② 光线跟踪的特点

光线跟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，但是光线跟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，但是传统的光线跟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，而光线跟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，都是依据光线跟踪实现一部分算法，但是可以得到更好的效果。

③ 写出光线跟踪算法的基本过程.在光线跟踪的递归程序中，递归终止条件有哪几种

先来理解下概念：递归过程一般通过函数或子过程来实现。递归方法：在函数或子过程的内部，直接或者间接地调用自己的算法。 充分必要条件是:问题具有某种可借用的类同自身的子问题描述的性质；某一有限步的子问题(也称本原问题)有直接的解存在。 ...

④ 高效光线跟踪的算法有那些

浅析3D Max中的高级灯光技术

摘要：3D Max在3D制作软件中渲染功能一直比较薄弱，使其只甘居Maya等3D制作软件之下。为弥补这一缺陷，在5.0版中3D Max增加了高级灯光技术，拥有光能传递、光线追踪器两个全局照明系统，在渲染功能上有了非常显着的改善。本文主要介绍新的光能传递算法。

关键词：渲染 全局照明 光能传递

3D MAX 的渲染功能一直比较薄弱，其效果远不如其他软件（例如Maya）那样逼真，这在很大程度上是因为3D MAX默认的灯光技术不够先进。

在3D MAX中经常使用“光线追踪（Ray-Trace）”材质，与之相联系的就是光线追踪渲染算法。这种算法假设发出很多条光线，光线遇到物体时，被遮挡、反射或者折射，通过跟踪这些光线，就可以得到场景的渲染效果。但是这种方法有一个严重的缺点，就是不能反映现实生活中光的很多特性。例如，在现实生活中，灯光照射到物体后，每个物体都会发射一部分光线，形成环境光，从而导致没有被灯光直射的物体也能被照明，而不是完全出于黑暗状态。又如，把一个红色物体靠近白色的墙壁，那么墙壁靠近物体的地方会显出也带有红色。还有很多诸如此类的灯光效果，使用光线追踪算法都不能产生。

为了解决这些问题，人们发明了更先进的算法来计算灯光的效果，这就是“光能传递（Radiosity）”算法。这种算法把光作为光量子看待（实际上更符合现代物理学），通过计算光量子的能量分布获得渲染结果。这种方法能够获得最逼真的照明效果，因此，通常将光能传递算法和光线追踪算法结合起来，以获得最佳的效果。3D MAX5.0新增的高级光照功能则包含了两个不同的系统：光能传递（radiosity）和光线追踪器（light tracer）。它所得到的结果非常接近对真实事物的再现。

光线追踪器比较通用，也容易使用，使用它不需要理解许多技术概念，任何模型和灯的类型都适用。光能传递相对较复杂，需要为这种处理方式专门准备模型和场景。灯必须是光度控制灯，材质也必须仔细设计。但光能传递在物理上是精确的，对于建筑模型的精确设计是必须的，这一点非常重要，尤其当建模的目的是进行光照分析时。另外，光线追踪器的结果与视点无关，而光能传递不是这样的。光线追踪器在每一帧都计算光照。光能传递只会计算一次，除非场景中的物体移动了或灯发生了变化，或者是从另一个不同的视点渲染场景时。基本原则是光线追踪器更适用于有大量光照的室外场景、角色动画和在空旷的场景中渲染物体。光能传递更适合于使用了聚光灯的室内场景和建筑渲染。

使用光线追踪器进行室内光照仿真时，为避免平坦表面上的噪波，可能需要相当高质量的设定和很长的渲染时间。光能传递则可以用更短的时间提供更好的效果。另一方面，光能传递用于有许多多边形的角色模型时，需要额外的细化步骤、过滤，甚至是Regathering(重新聚合)。而光线追踪器适用默认的设置一次渲染就可以得到更好的效果。

传统的渲染引擎值考虑直接光照

不考虑反射光，然而，反射光是

一个场景的重要组成部分。 对相同的场景使用全局光照渲染，

上图使用了光能传递（radiosity）

就可以得到一种真实的结果。

光能传递是在一个场景中重现从物体表面反射的自然光线，实现更加真实和物理上精确的照明结果。如图所示。光能传递基于几何学计算光从物体表面的反射。几何面（三角形）成为光能传递进行计算的最小单位。大的表面可能需要被细分为小的三角形面以获得更精确的结果。场景中三角形面的数目很重要。如果数目不够结果会不精确，但如果太多时间又会太长。光能传递提供一种将大的三角形面自动细分的方法，同时也可以控制每个物体的细分和细化程度。光能传递依赖于材质和表面属性以获得物理上精确的结果。在场景中进行建模时必须牢记这一点。要使用光度控制灯，而且模型的几何结构应尽可能准确。

1．单位

要获得精确的结果，场景中作图单位是一个基础。如果单位是“英寸”，一个100×200×96单位的房间可以被一个相当于60瓦灯泡的光度控制灯正确照明，但如果单位是“米”，相同场景会变得非常暗。

2．光能传递的解决方案

光能传递是一个独立于渲染的处理过程，一旦解决方案被计算出来，结果被保存在几何体自己内部。对几何体或光照作改变将使原解决方案无效。解决方案是为整个场景全局计算的，这意味着它与视点无关。一旦计算出来，就可以从任何方向观察场景。当摄像机在一个固定场景中移动时，这将会节省时间。如果对几何体或灯作了动画，每一帧都必须计算光能传递。渲染菜单中的选项允许定义如何处理光能传递过程。

。

⑤ 计算机图形学， 光线跟踪算法的过程是什么

光线跟踪思路：从视点出发，通过图像平面上每个像素中心向场景发出一条光线，光线的起点为视点，方向为像素中心和视点连线单位向量。光线与离视点最近的场景物体表面交点有三种可能：
当前交点所在的物体表面为理想漫射面，跟踪结束。
当前交点所在的物体表面为理想镜面，光线沿其镜面发射方向继续跟踪。
当前交点所在的物体表面为规则透射面，光线沿其规则透射方向继续跟踪。

伪代码：

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起点，方向direction为跟踪射线；
if ( !scene->HasIntersection(ray) )
color = BackgroundColor;
else {
计算理起始点start最近的交点intersectionPoint,
记录相交物体intersectionObject,

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

// #2
if ( intersectionPoint所在面为镜面 ) {
计算跟踪光想S在intersectionPoint处的反射光线方向reflectedDirection,
TraceRay(intersectionPoint, reflectedDirection, depth+1, reflectedColor);
}
// #3
if ( intersectionPoint所在的表面为透明面 ) {
计算跟踪光线S在intersectionPoint处的规则透射光线方向transmittedDirection,
TraceRay(intersectionPoint, transmittedDirection, depth+1, transmittedColor);
}
// #summarize
color = localColor + Ks * reflectedColor + Kt * transmittedColor;
}// else
} //else
}
// 局部光照模型计算交点intersectionPoint处的局部光亮度localColor
void Shade(const Object& intersectionObj, const Vec3& intersectionPoint, Color& localColor)
{
确定intersectionObj在intersectionPoint处的单位法向量N,
漫反射系数Kd,
镜面反射系数Ks,
环境反射系数Ka;
localColor = Ka * Ia; //Ia为环境光亮度
for ( 每一个点光源PointLight ) {
计算入射光线单位向量L和虚拟镜面法向单位向量H,
// 由Phong模型计算光源PointLight在intersectionPoint处的漫反射和镜面反射光亮度
localColor += ( Ipointlight * ( Kd * (N.dot(L)) + Ks * (N.dot(H))^n ) );
}
}

⑥ 计算机图形学的专业图书3

书名:计算机图形学(21世纪高等院校规划教材)
ISBN:750842898
作者:银红霞//杜四春//蔡立军
出版社:中国水利水电出版社
定价:26
页数:260
出版日期:2005-5-1
版次:
开本:小16开
包装:平装
简介:本书详细雨介绍了计算机图形学的基本原理、理论、数学方法、算法及计算机图形系统。内容包括计算机图形系统、计算机图形学的基本算法、裁剪与变换、自由曲线和曲面、几何造型、隐藏线和面的消除、真实感图形显示等。书后有3个附录，内容包括图形变换的数学基础、三套模拟试题及参考答案、课程实验指导和课程实验参考解决方案。
本书可以作为高等学校计算机及相近专业的教材，或作为计算机图形学的培训、自学教材；也可供从事计算机图形学或相关领域研究的技术人员参考。
本书为授课教师和读者免费提供PowerPoint电子教案，教师可以根据教学需要任意修改。 序
前言
第1章 绪论
1.1 计算机图形学的研究内容
1.2 计算机图形学与图像处理
1.3 计算机图形学的发展
1.4 计算机图形学的应用领域
习题一
第2章 图形系统
2.1 图形系统的组成
2.1.1 图形系统的功能
2.1.2 图形系统的分类
2.2 图形硬件设备
2.2.1 图形显示设备
2.2.2 图形绘制设备
2.2.3 图形输入设备
2.3 图形软件系统
2.3.1 图形软件的层次
2.3.2 图形软件标准
2.3.3 OpenGL简介
习题二
第3章 基本图形生成算法
3.1 生成直线的常用算法
3.1.1 DDA画线算法
3.1.2 中点画线算法
3.1.3 Bresenham画线算法
3.1.4 直线属性
3.2 生成圆弧的常用算法
3.2.1 圆的特性
3.2.2 中点画圆算法
3.2.3 Bresenham画圆算法
3.3 区域填充
3.3.1 区域的表示和类型
3.3.2 扫描线多边形填充算法
3.3.3 边填充算法
3.3.4 种子填充算法
3.3.5 圆域的填充
3.3.6 区域填充属性
3.4 字符
3.4.1 字符存储与显示
3.4.2 字符属性
3.5 裁剪
3.5.1 点的裁剪
3.5.2 直线裁剪
3.5.3 多边形裁剪
3.5.4 曲线裁剪
3.5.5 字符裁剪
3.5.6 三维图形的裁剪
3.6 反走样
3.6.1 光栅图形的走样现象
3.6.2 常用反走样技术
习题三
第4章 图形变换
4.1 二维图形几何变换
4.1.1 齐次坐标
4.1.2 二维图形的基本变换
4.1.3 复合变换
4.2 三维图形几何变换
4.2.1 三维图形的基本变换
4.2.2 复合变换
4.3 投影变换
4.3.1 投影变换的基本概念
4.3.2 平行投影
4.3.3 透视投影
4.4 坐标系统及其变换
4.4.1 坐标系统
4.4.2 模型变换
4.4.3 观察变换
4.4.4 窗口-视区变换
习题四
第5章 曲线和曲面
5.1 参数表示曲线和曲面的基础知识
5.1.1 曲线和曲面的表示方法
5.1.2 位置矢量、切矢量、法矢量、曲率与挠率
5.1.3 样条表示
5.2 Hermite曲线
5.2.1 n次参数多项式曲线
5.2.2 三次Hermite曲线的定义
5.2.3 三次Hermite曲线的矩阵表示
5.2.4 三次Hermite曲线的算法
5.3 Bezier曲线
5.3.1 Bezier曲线的定义
5.3.2 Bernstein基函数的性质
5.3.3 Bezier曲线的性质
5.3.4 Bezier曲线的生成
5.4 B样条曲线
5.4.1 B样条曲线的定义
5.4.2 B样条曲线的表示及性质
5.4.3 B样条曲线的生成
5.5 Coons曲面
5.5.1参数曲面的基本概念
5.5.2 Coons曲面的定义
5.5.3 Coons曲面的拼合
5.6 Bezier曲面
5.6.1 Bezier曲面的定义及性质
5.6.2 Bezier曲面的生成
5.7 B样条曲面
5.7.1 B样条曲面的定义
5.7.2 B样条曲面的生成
习题五
第6章 几何造型
6.1 简单几何形体
6.1.1 几何元素的定义
6.1.2 平面立体的拓扑关系
6.2 形体的常用模型
6.2.1 线框模型
6.2.2 表面模型
6.2.3 实体模型
6.3 形体的常用表示方法
6.3.1 分解表示
6.3.2 构造表示
6.3.3 边界表示
习题六
第7章 消隐
7.1 基本概念
7.1.1 消隐的定义
7.1.2 消隐的分类
7.1.3 消隐算法的基本原则
7.2 画家算法
7.2.1 算法的基本思想
7.2.2 深度优先级表的建立
7.3 z缓冲区(z—Buffer)算法
7.3.1 算法的基本思想
7.3.2 算法的描述
7.3.3 算法的改进
7.4 扫描线z缓冲区算法
7.4.1 算法的基本思想
7.4.2 算法的描述
7.5 光线追踪算法
7.5.1 算法的基本思想
7.5.2 算法的描述
习题七
第8章 真实图形
8.1 光照模型
8.1.1 基本光学原理
8.1.2 环境光
8.1.3 漫反射光
8.1.4 镜面反射光和冯(Phong)反射模型
8.2 明暗处理
8.2.1 双线性光强插值(Gouraud明暗处理
8.2.2 双线性法向插值(Phong明暗处理)
8.3纹理
8.3.1 概述
8.3.2 二维纹理域的映射
8.3.3 三维纹理域的映射
8.3.4 几何纹理
8.4 光线跟踪
8.4.1 基本光线跟踪算法
8.4.2 光线与物体的求交
8.4.3 光线跟踪算法的加速
习题八
附录
附录A 图形变换的数学基础
一、矢量的定义及运算
二、矩阵的定义及运算
三、线性方程组的求解
附录B 模拟试题
模拟试题一
模拟试题二
模拟试题三
模拟试题一参考答案
模拟试题二参考答案
模拟试题三参考答案
附录C 课程实验指导
一、课程实验方案
二、课程实验解决方案
参考文献

⑦ 帮忙用openGL实现一个光线跟踪

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 光追和没光追差别大吗

光追和没光追差别大。

该游戏就加入了光线追踪效果，悬浮的奖励道具在墙上的投影就是通过光学追踪计算出来的，使得光源的真实感大大提高。

光源追踪技术也远非完美。计算出正确的反射和折射角度也不代表就能达到完全真实的视觉效果，因为光有颜色，不同颜色的光还会叠加等等，这些额外的计算也需要很好地算法和大量的计算。

光学追踪技术在3D游戏中的应用尚属初级阶段，DirectX 10为这种技术的发挥提供了良好的基础，再加上新一代高性能显卡的推出，相信在不久的将来就会有更真实的光影效果呈现在您眼前。

流行来源

光线跟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，却是光线跟踪算法的一种自然结果。

光线跟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。

光线跟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，但是光线跟踪通常是将每条光线当作独立的光线，每次都要重新计算。

⑨ 求光线跟踪算法技术 pdf

本书详细阐述了与光线跟踪问题相关的高效解决方案及相应的数据结构和算法，主要包括采样技术、投影视图、视见系统、景深、非线性投影、立体视觉、光照与材质、镜面反射、光泽反射、全局光照、透明度、阴影、环境遮挡、区域光照、光线与对象间的相交计算、对象变换、栅格技术以及纹理映射技术等内容。此外，本书还提供了相应的算法、代码以及伪代码，以帮助读者进一步理解计算方案的实现过程。