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《光線追蹤的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在應(yīng)用文檔-天天文庫。
1、課程論文課程論文題目：光線追蹤的應(yīng)用及未來發(fā)展學(xué)院：人民武裝學(xué)院專業(yè)：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)班級(jí)：物聯(lián)人151學(xué)號(hào)：1500860346學(xué)生姓名：譚朝艷指導(dǎo)教師：寧陽2016年6月3日目錄摘要II第一章緒論11.1光線追蹤的定義11.2光線追蹤的原理11.2.1自然現(xiàn)象11.2.2光線追蹤的原理11.3光線追蹤的特點(diǎn)31.3.1光線追蹤的優(yōu)點(diǎn)31.3.2光線追蹤的缺點(diǎn)3第二章光線追蹤的應(yīng)用42.1光線追蹤在圖形渲染中的應(yīng)用42.2光線追蹤在物理學(xué)中的應(yīng)用42.3光線追蹤在實(shí)際應(yīng)用42.4實(shí)時(shí)跟蹤4第三章
2、光線追蹤的未來發(fā)展趨勢(shì)63.1光線追蹤VS光柵化63.2顯卡何時(shí)才能實(shí)時(shí)光線追蹤73.3光線追蹤的未來發(fā)展8光線追蹤的應(yīng)用及未來發(fā)展摘要光線跟蹤是一種真實(shí)地顯示物體的方法，該方法由Appe在1968年提出。光線跟蹤方法沿著到達(dá)視點(diǎn)的光線的反方向跟蹤，經(jīng)過屏幕上每一個(gè)象素，找出與視線相交的物體表面點(diǎn)P0，并繼續(xù)跟蹤，找出影響P0點(diǎn)光強(qiáng)的所有光源，從而算出P0點(diǎn)上精確的光線強(qiáng)度，在材質(zhì)編輯中經(jīng)常用來表現(xiàn)鏡面效果。光線跟蹤或稱光跡追蹤是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的核心算法之一。在算法中，光線從光源被拋射出來，當(dāng)他們經(jīng)
3、過物體表面的時(shí)候，對(duì)他們應(yīng)用種種符合物理光學(xué)定律的變換。最終，光線進(jìn)入虛擬的攝像機(jī)底片中，圖片被生成出來。關(guān)鍵字：光線跟蹤（Raytracing），真實(shí)感第一章緒論1.1光線追蹤的定義光線跟蹤（Raytracing），又稱為光跡追蹤或光線追跡，來自于幾何光學(xué)的一項(xiàng)通用技術(shù)，它通過跟蹤與光學(xué)表面發(fā)生交互作用的光線從而得到光線經(jīng)過路徑的模型。它用于光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，如照相機(jī)鏡頭、顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡以及雙目鏡等。這個(gè)術(shù)語也用于表示三維計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的特殊渲染算法，跟蹤從眼睛發(fā)出的光線而不是光源發(fā)出的光線，通過這
4、樣一項(xiàng)技術(shù)生成編排好的場景的數(shù)學(xué)模型顯現(xiàn)出來。這樣得到的結(jié)果類似于光線投射與掃描線渲染方法的結(jié)果，但是這種方法有更好的光學(xué)效果，例如對(duì)于反射與折射有更準(zhǔn)確的模擬效果，并且效率非常高，所以當(dāng)追求這樣高質(zhì)量結(jié)果時(shí)候經(jīng)常使用這種方法。1.2光線追蹤的原理1.2.1自然現(xiàn)象在自然界中，光源發(fā)出的光線向前傳播，最后到達(dá)一個(gè)妨礙它繼續(xù)傳播的物體表面，我們可以將“光線”看作在同樣的路徑傳輸?shù)墓庾恿?，在完全真空中，這條光線將是一條直線。但是在現(xiàn)實(shí)中，在光路上會(huì)受到三個(gè)因素的影響：吸收、反射與折射。物體表面可能在一
5、個(gè)或者多個(gè)方向反射全部或者部分光線，它也可能吸收部分光線，使得反射或者折射的光線強(qiáng)度減弱。如果物體表面是透明的或者半透明的，那么它就會(huì)將一部分光線按照不同的方向折射到物體內(nèi)部，同時(shí)吸收部分或者全部光譜或者改變光線的顏色。吸收、反射以及折射的光線都來自于入射光線，而不會(huì)超出入射光線的強(qiáng)度。例如，一個(gè)物體表面不可能反射66%的輸入光線，然後再折射50%的輸入光線，因?yàn)檫@二者相加將會(huì)達(dá)到116%。這樣，反射或者折射的光線可以到達(dá)其它的物體表面，同樣，吸收、反射、折射的光線重新根據(jù)入射光線進(jìn)行計(jì)算。其中一
6、部分光線通過這樣的途徑傳播到我們的眼睛，我們就能夠看到最終的渲染圖像及場景。1.2.2光線追蹤的原理精美的CG效果圖，與真實(shí)世界毫無區(qū)別的電影視覺效果，相信大家對(duì)這些并不陌生。而大家在游戲中對(duì)水面之類的場景并不陌生，不過它所生成的畫面效果，好像永遠(yuǎn)都不那么真實(shí)。即使人們盡再大的努力，它的畫面始終還是動(dòng)畫，和人們心目中的“電影級(jí)別的畫質(zhì)”總是差那么一點(diǎn)。這是因?yàn)?，我們目前的游戲，無一例外都在使用光柵化算法。而在這些電影中，則采用的是光線追蹤算法。在3DSMax、Maya、SoftimageXSI等軟
7、件中，也都無一例外地采用了這一算法。光線追蹤技術(shù)是由幾何光學(xué)通用技術(shù)衍生而來。它通過追蹤光線與物體表面發(fā)生的交互作用，得到光線經(jīng)過路徑的模型。簡單地說，3D技術(shù)里的光線追蹤算法，就是先假設(shè)屏幕內(nèi)的世界是真實(shí)的，顯示器是個(gè)透明的玻璃，只要找到屏幕內(nèi)能透過人眼的光線，加以追蹤就能構(gòu)建出完整的3D畫面。說到光線追蹤，就不得不提光柵化。光柵化是指把景物模型的數(shù)學(xué)描述及其色彩信息轉(zhuǎn)換至計(jì)算機(jī)屏幕上像素的過程。使用光柵化，我們可以將幾何圖形轉(zhuǎn)化成屏幕上的像素。Direct3D使用掃描線的渲染來產(chǎn)生像素。當(dāng)頂點(diǎn)
8、處理結(jié)束之后，所有的圖元將被轉(zhuǎn)化到屏幕空間，在屏幕空間的單位就是像素。點(diǎn)，線，三角形通過一組光柵規(guī)則被轉(zhuǎn)化成像素。光柵規(guī)則定義了一套統(tǒng)一的法則來產(chǎn)生像素。光柵得到的像素一般會(huì)攜帶深度值，一個(gè)RGBAdiffuse顏色，一個(gè)RGBspecular顏色，一個(gè)霧化系數(shù)和一組或者多組紋理坐標(biāo)。這些值都會(huì)被傳給流水線的下一個(gè)階段像素的處理，然后注入到渲染目標(biāo)。由于實(shí)時(shí)3D渲染程序要求對(duì)用戶的即時(shí)操作做出迅速反應(yīng)，因此通常要求每秒至少20幀以上的渲染速率，這也使得高效率的“光柵化”渲染技術(shù)成為
