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1、《計算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)》第十講光線跟蹤與加速技術(shù)劉永進(jìn)作業(yè)提交時間C類11月15日B類11月29日A類12月13日簡單光照明模型局部光照明模型物理學(xué)整體光照明模型計算機(jī)科學(xué)現(xiàn)代光學(xué)計算機(jī)圖形學(xué)光的波動特性真實(shí)感、準(zhǔn)確性光照模型光的干涉特性光的衍射特性快速、實(shí)時性光的偏振特性O(shè)penGL光照模型?支持點(diǎn)光源和方向光源?OpenGL中內(nèi)置的光照模型?屬于局部光照模型?將光分為三個分量?漫反射?鏡面反射?環(huán)境光（粗糙的近似全局光照的效果）OpenGL光照模型?效果++漫反射環(huán)境光鏡面反射=光照模型?局部光照模型?只考慮物體和光源之間的直接光照
2、關(guān)系?全局光照模型?還要考慮陰影效果?物體自身、之間的相互影響，比如反射、折射全局光照明模型模擬復(fù)雜逼真的光照明現(xiàn)象主要介紹光線跟蹤算法?全局光照?光線跟蹤?輻射度算法?渲染方程光線跟蹤的基本原理?光線在物體之間的傳播方式－由光源發(fā)出的光到達(dá)物體表面后，產(chǎn)生反射和折射。?由光源發(fā)出的光稱為直接光，物體對直接光的反射或折射稱為直接反射和直接折射，相對的，把物體表面間對光的反射和折射稱為間接光，間接反射，間接折射－光線跟蹤算法基礎(chǔ)光線跟蹤算法?視點(diǎn)視屏ET5P5象素點(diǎn)T4ER5O2O1R1P1P4R4S1R2光源LT1S4R3T2O3P
3、2S3P3?視線跟蹤-由視點(diǎn)與象素(x，y)發(fā)出一根射線，與第一個物體相交后，在其反射與折射方向上進(jìn)行跟蹤A(x,y)VB?最基本的光線跟蹤算法是跟蹤鏡面反射和折射。從光源發(fā)出的光遇到物體的表面，發(fā)生反射和折射，光就改變方向，沿著反射方向和折射方向繼續(xù)前進(jìn)，直到遇到新的物體?光源發(fā)出光線，經(jīng)反射與折射，只有很少部分可以進(jìn)入人的眼睛?實(shí)際光線跟蹤方向與光傳播的方向相反四種光線定義?在光線跟蹤算法中，有如下的四種光線?視線是由視點(diǎn)與象素(x，y)發(fā)出的射線?陰影測試線是物體表面上點(diǎn)與光源的連線?反射光線，視線反射方向光線?折射光線，視線
4、折射方向光線光線跟蹤算法?視點(diǎn)視屏ET5P5象素點(diǎn)T4ER5O2O1R1P1P4R4S1R2光源LT1S4R3T2O3P2S3P3光強(qiáng)計算?光線V與物體表面交與點(diǎn)P時，光在點(diǎn)P對光線V方向的貢獻(xiàn)分為三部分?由光源產(chǎn)生的直接的光線照射光強(qiáng)，是交點(diǎn)處的局部光強(qiáng)?反射方向上由其他物體引起的間接光照光強(qiáng)，通過對反射光線的遞歸跟蹤得到；?折射方向上由其他物體引起的間接光照光強(qiáng)，通過對折射光線的遞歸跟蹤得到；把上述三部分光強(qiáng)相加，就是該條光線V在P點(diǎn)處的總的光強(qiáng)RayTracing(start,direction,weight,color){計
5、算光線與物體的交點(diǎn)；I=在交點(diǎn)處用局部光照模型計算出的光強(qiáng)；local計算反射方向R；RayTracing(最近的交點(diǎn),R,weight*W,I);ss計算折射方向T；RayTracing(最近的交點(diǎn),T,weight*W,I);ttcolor=I+KI+KI;localsstt}?光線跟蹤算法實(shí)際上是光照明物理過程的近似逆過程?光線跟蹤基本過程可以跟蹤物體間的鏡面反射光線和規(guī)則透射，模擬了理想表面的光的傳播終止條件?實(shí)際的算法進(jìn)行過程中，不可能進(jìn)行無窮的光線跟蹤?算法應(yīng)用意義上的終止條件?該光線未碰到任何物體?該光線碰到了背景?光
6、線在經(jīng)過許多次反射和折射以后，就會產(chǎn)生衰減，光線對于視點(diǎn)的光強(qiáng)貢獻(xiàn)很小?光線反射或折射次數(shù)即跟蹤深度大于一定值算法偽碼表示?從視點(diǎn)出發(fā)，對于視屏上的每一個象素點(diǎn)，從視點(diǎn)作一條到該象素點(diǎn)的射線，調(diào)用下面的算法函數(shù)就可以確定這個象素點(diǎn)的顏色視點(diǎn)視屏ET5P5象素點(diǎn)T4ER5O2O1R1P1P4R4S1光源LT1R2S4R3T2O3P2S3P3RayTracing(start,direction,weight,color){if(weight>MaxWeight)color=black;else{計算光線與所有物體的交點(diǎn)中離start最近
7、的點(diǎn)；if(沒有交點(diǎn))color=black;else{Ilocal=在交點(diǎn)處用局部光照模型計算出的光強(qiáng)；計算反射方向R；RayTracing(最近的交點(diǎn),R,weight*W,I);ss計算折射方向T；RayTracing(最近的交點(diǎn),T,weight*W,I);ttcolor=I+KI+KI;localsstt}}視點(diǎn)視屏E}T5P5象素點(diǎn)T4ER5O2O1R1P1P4R4S1光源LT1R2S4R3T2O3P2S3P3光線與物體求交?對于反射光線與折射光線的方向計算問題－Whitted光透射模型中的計算方法?光線跟蹤算法中需要用
8、到大量的求交運(yùn)算，因而求交運(yùn)算的效率對于整個算法的效率影響很大?光線與物體的求交是光線跟蹤算法的核心反射?圖示NLR?R=2(N·L)N–L折射?R=2(N·L)N–LN?T與L、N共面，得Lsin??12?11?T?L?(cos??
