计算机图形学----光线追踪(Ray Tracing)

1.为什么使用光线追踪

    a.光栅化局限：（以下三点）
    	软阴影：现实世界中阴影分界线是渐变的

glossy反射：带有镜面或者高光的反射

间接光照：光线只从窗户进来，但是整个屋子被照亮

2.光线追踪的问题

	a.光线追踪常常用于离线渲染（追求质量）
	b.渲染一帧需要花费  1000 CPU 小时（下图)

3.如何定义光线

	 光线定义假设：
	 1.光线沿着直线传播(实际上不正确)
	 2.光线不会互相碰撞(实际上不正确)
	 3.光线在场景中传播，最终进入人的眼睛(实际上不正确)
	 4.光路可逆

4.光线投射

	1.处理场景中的每一个像素，也就是每一个点
	2.从眼睛的方向到该点连线，判断该点是否也能够和光源连线，如果可以，则该点不在阴影里。从光源到眼睛，有一条光路，便可以计算该点的着色。	

每一个像素，从眼睛到该像素点发出的光线，和场景中物体相交，交点和光源连线，如果没有遮挡，则将该点的颜色写入像素中。

Whitted-Style 光线追踪 （1980年）

递归算法：
1.光线可以无限传播（反射，折射，继续弹射）
2.如果能够找到可逆的光路，则叠加像素颜色

技术问题一：光线和物体表面的交点

光线数学定义：
o为光源的原点
d为光线的方向
t为时间

光线和球体相交

光线和隐式表面的交点：
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/a2d4759a03d240b8a16d92f632c40ffd.png?x-oss-process=image/watermar
光线和三角形求交（划重点）：
1.光线和平面求交点
2.交点是否在三角形内
平面的定义：
1.定义一个法向量
2.定义一个点，平面上任何点和该点的的向量乘以平面法向量结果为0

光线和平面相交

MT算法，计算光线和三角形相交
1.t大于0
2.b1,b2,b3 都是非负的

原理来自三角形重心坐标理论：参考文章
https://zhuanlan.zhihu.com/p/65495373

致谢：
截图和公式来源闫令琪老师games101课程 Ray Tracing 1
https://www.bilibili.com/video/BV1X7411F744?p=13
感谢闫令琪老师为我们带来这么精彩的图形学课程