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《光線追蹤的應用與發(fā)展趨勢》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、....課程論文課程論文題目：光線追蹤的應用及未來發(fā)展學院：人民武裝學院專業(yè)：計算機科學與技術班級：物聯人151學號：1500860346學生姓名：譚朝艷指導教師：寧陽2016年6月3日可編輯....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自然現象11.2.2光線追蹤的原理11.3光線追蹤的特點31.3.1光線追蹤的優(yōu)點31.3.2光線追蹤的缺點3第二章光線追蹤的應用42.1光線追蹤在圖形渲染中的應用42.2光線追蹤在物理學中的應用42.3光線追蹤在實際應用42.4實時跟蹤4第三章光線追蹤的未來發(fā)展
2、趨勢63.1光線追蹤VS光柵化63.2顯卡何時才能實時光線追蹤73.3光線追蹤的未來發(fā)展8可編輯....光線追蹤的應用及未來發(fā)展摘要光線跟蹤是一種真實地顯示物體的方法，該方法由Appe在1968年提出。光線跟蹤方法沿著到達視點的光線的反方向跟蹤，經過屏幕上每一個象素，找出與視線相交的物體表面點P0，并繼續(xù)跟蹤，找出影響P0點光強的所有光源，從而算出P0點上精確的光線強度，在材質編輯中經常用來表現鏡面效果。光線跟蹤或稱光跡追蹤是計算機圖形學的核心算法之一。在算法中，光線從光源被拋射出來，當他們經過物體表面的時候，對他們應用種種符合物理光學
3、定律的變換。最終，光線進入虛擬的攝像機底片中，圖片被生成出來。關鍵字：光線跟蹤（Raytracing），真實感可編輯....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，來自于幾何光學的一項通用技術，它通過跟蹤與光學表面發(fā)生交互作用的光線從而得到光線經過路徑的模型。它用于光學系統(tǒng)設計，如照相機鏡頭、顯微鏡、望遠鏡以及雙目鏡等。這個術語也用于表示三維計算機圖形學中的特殊渲染算法，跟蹤從眼睛發(fā)出的光線而不是光源發(fā)出的光線，通過這樣一項技術生成編排好的場景的數學模型顯現出來。這樣得到的結果類似于光線
4、投射與掃描線渲染方法的結果，但是這種方法有更好的光學效果，例如對于反射與折射有更準確的模擬效果，并且效率非常高，所以當追求這樣高質量結果時候經常使用這種方法。1.2光線追蹤的原理1.2.1自然現象在自然界中，光源發(fā)出的光線向前傳播，最后到達一個妨礙它繼續(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的光子流，在完全真空中，這條光線將是一條直線。但是在現實中，在光路上會受到三個因素的影響：吸收、反射與折射。物體表面可能在一個或者多個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度減弱。如果物體表面是透明的
5、或者半透明的，那么它就會將一部分光線按照不同的方向折射到物體內部，同時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，而不會超出入射光線的強度。例如，一個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，因為這二者相加將會達到116%。這樣，反射或者折射的光線可以到達其它的物體表面，同樣，吸收、反射、折射的光線重新根據入射光線進行計算。其中一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，與真實世界毫無區(qū)別的電影視覺效果
6、，相信大家對這些并不陌生。而大家在游戲中對水面之類的場景并不陌生，不過它所生成的畫面效果，好像永遠都不那么真實。即使人們盡再大的努力，它的畫面始終還是動畫，和人可編輯....們心目中的“電影級別的畫質”總是差那么一點。這是因為，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等軟件中，也都無一例外地采用了這一算法。光線追蹤技術是由幾何光學通用技術衍生而來。它通過追蹤光線與物體表面發(fā)生的交互作用，得到光線經過路徑的模型。簡單地說，3D技術里的光線追蹤算法
7、，就是先假設屏幕內的世界是真實的，顯示器是個透明的玻璃，只要找到屏幕內能透過人眼的光線，加以追蹤就能構建出完整的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學描述及其色彩信息轉換至計算機屏幕上像素的過程。使用光柵化，我們可以將幾何圖形轉化成屏幕上的像素。Direct3D使用掃描線的渲染來產生像素。當頂點處理結束之后，所有的圖元將被轉化到屏幕空間，在屏幕空間的單位就是像素。點，線，三角形通過一組光柵規(guī)則被轉化成像素。光柵規(guī)則定義了一套統(tǒng)一的法則來產生像素。光柵得到的像素一般會攜帶深度值，一個RGBAdiffuse顏色
8、，一個RGBspecular顏色，一個霧化系數和一組或者多組紋理坐標。這些值都會被傳給流水線的下一個階段像素的處理，然后注入到渲染目標。由于實時3D渲染程序要求對用戶的即時操作做出迅速反應，因此通常要求每秒
