光线跟踪算法

光线跟踪的算法1，原理由于从光源发出的光线有无穷多条，使得直接从光源出发对光线进行跟踪变得非常困难。实际上，从光源发出的光线只有少数经由场景的反射和透射（折射）后到达观察者的眼中。为此标准光线跟踪算法采用逆向跟踪技术完成整个场景的绘制。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：1.当前交点所在的物体表面为理想漫射面，跟踪结束。2.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。3.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。如图-1中，场景中有三个半透明玻璃球，视点发出光线与场景最近交点为P1，使用任意局部光照模型（opengl使用的是phong模型）可以计算出P1点处的局部光亮度Ilocal，为了计算周围环境在P1点处产生的镜面发射光和规则折射光，光线1在P1点处衍生出两支光线：反射光2和折射光3。P1处的光照由三部分组成：Ilocal+ks*I2+kt*I3I3为折射光线3的颜色，Kt为折射率I2为反射光线2的颜色，Ks为反射率I3和I2的计算需要递归。2，伪代码[cpp]viewplaincopyprint?01.voidTraceRay(constVec3&start,constVec3&direction,intdepth,Color&color)02.{03.Vec3intersectionPoint,reflectedDirection,transmittedDirection;04.ColorlocalColor,reflectedColor,transmittedColor;05.if(depth=MAX_DEPTH){06.color=Black;//#00007.}08.else{09.Rayray(start,direction);//取start起点，方向direction为跟踪射线；10.if(!scene-HasIntersection(ray))11.color=BackgroundColor;12.else{13.计算理起始点start最近的交点intersectionPoint,14.记录相交物体intersectionObject,15.16.//#117.Shade(intersectionObject,intersectionPoint,localColor);18.19.//#220.if(intersectionPoint所在面为镜面){21.计算跟踪光想S在intersectionPoint处的反射光线方向reflectedDirection,22.TraceRay(intersectionPoint,reflectedDirection,depth+1,reflectedColor);23.}24.//#325.if(intersectionPoint所在的表面为透明面){26.计算跟踪光线S在intersectionPoint处的规则透射光线方向transmittedDirection,27.TraceRay(intersectionPoint,transmittedDirection,depth+1,transmittedColor);28.}29.//#summarize30.color=localColor+Ks*reflectedColor+Kt*transmittedColor;31.}//else32.}//else33.}34.//局部光照模型计算交点intersectionPoint处的局部光亮度localColor35.voidShade(constObject&intersectionObj,constVec3&intersectionPoint,Color&localColor)36.{37.确定intersectionObj在intersectionPoint处的单位法向量N,38.漫反射系数Kd,39.镜面反射系数Ks,40.环境反射系数Ka;41.localColor=Ka*Ia;//Ia为环境光亮度42.for(每一个点光源PointLight){43.计算入射光线单位向量L和虚拟镜面法向单位向量H,44.//由Phong模型计算光源PointLight在intersectionPoint处的漫反射和镜面反射光亮度45.localColor+=(Ipointlight*(Kd*(N.dot(L))+Ks*(N.dot(H))^n));46.}47.}