光线追踪：物理基础与实践_2024-07-21_02-19-26.Tex

光线追踪：物理基础与实践

光线追踪简介

光线追踪的基本原理

光线追踪是一种渲染技术，它通过模拟光线在三维场景中的传播和反射，来生成高度逼真的图像。与传统的光栅化渲染不同，光线追踪更注重于光线与场景的交互，包括光线的反射、折射、散射等物理现象，从而能够渲染出更加真实和复杂的光照效果。

光线与场景的交互

在光线追踪中，光线从摄像机（视点）出发，射向场景中的物体。如果光线击中了物体，就会在该点上进行光照计算，包括直接光照（光源直接照射到物体上）和间接光照（光线从一个物体反射到另一个物体上）。这个过程可以通过递归的方式进行，即从击中点再次发射光线，模拟反射和折射，直到光线的能量耗尽或达到预设的递归深度。

光线追踪的历史与发展

光线追踪技术最早在1979年由美国计算机科学家特雷弗·温特（Trevor Whitted）提出。随着计算机硬件性能的提升，光线追踪从最初的理论研究逐渐发展成为实际应用中的关键技术。近年来，随着GPU计算能力的增强和光线追踪专用硬件的出现，实时光线追踪成为可能，被广泛应用于游戏、电影特效和虚拟现实等领域。

光线追踪的实现

光线追踪的实现主要涉及以下几个步骤：

1. 光线生成：从摄像机位置生成光线，这些光线代表了摄像机捕捉到的场景。
2. 光线-物体交点检测：检测光线是否与场景中的物体相交，以及交点的位置。<