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光线追踪在游戏开发中的应用

光线追踪基础

光线追踪原理

光线追踪是一种渲染技术，它通过模拟光线在场景中的传播和反射，来计算像素的颜色。与传统的光栅化渲染不同，光线追踪能够更准确地模拟真实世界的光照效果，包括反射、折射、阴影和全局光照等。其基本原理是：

1. 逆向追踪：从摄像机（即观察者）发出光线，而不是从光源发出，这样可以减少计算量。
2. 光线与物体的交点计算：对于每条光线，计算它与场景中所有物体的交点，找到最近的交点，即光线首先击中的物体。
3. 光照计算：根据光线击中的物体，计算该点的光照效果，包括直接光照、间接光照、反射和折射等。
4. 递归追踪：对于反射和折射光线，重复上述过程，直到光线能量耗尽或达到递归深度限制。

光线与场景的交互

光线与场景的交互是光线追踪的核心部分。当光线击中一个物体时，需要确定光线与物体的交点，并根据交点的法线方向和材质属性，计算出该点的颜色。以下是光线与一个简单球体交互的示例代码：

# 定义一个球体类
class Sp