体绘制的原理和Raycasting的实现

一，光线穿过体数据的建模

体绘制描述了在某一密度条件下，光线穿越物体时，每个体素对光线强度的影响，包括吸收，发射，散射等 。对该过程有不同的建立模型的方法：

1.        吸收模型（ Absorption only ）：体素对光线只是吸收，本身既不发射光线，也不反射、透射光线；

2.        发射模型（ Emission only ）：体数据中的体素只是发射光线，不吸收光线；

3.        吸收和发射模型（ Absorption plus emission ）：这种光学模型使用最为广泛，体数据中的体素本身发射光线，并且可以吸收光线，但不对光线进行反射和散射。

4.        散射和阴影模型（ Scattering and Shading/shadowing ）：体素可以散射（反射和折射）外部光源的光线，并且由于体素之间的遮挡关系，可以产生阴影；

5.        多散射模型（ Multiple Scattering ）：光线在被眼睛观察之前，可以被多个体素散射。

通常我们使用吸收和发射模型。为了增强真实感，也可以加上阴影（包括自阴影）计算。

二，光线合成公式

吸收和发射模型的基本公式为：

公式1

 其中I是光照强度，k表示体素对光的吸收系数，整个指数部分表示物体的透明度，q为体素发出的光的强度。

 透明度定义为：

公式2

公式1可改写为：

          公式3

将其离散化，得到：