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光追原理

光追原理,即光線追蹤的原理,是一種在計算機圖形學中用於生成三維場景圖像的技術。它的基本思想是從視點(攝像機位置)出發,通過像素中心點向3D場景發出光線,然後沿著這條光線的路徑,模擬光線與場景中物體的相互作用,包括反射折射陰影等效果。光線追蹤的過程涉及到以下幾個步驟:

發射光線:從視點向成像平面上的像素髮射光線。

相交檢測:找到與該光線相交的最近物體的交點。

光照計算:根據交點處表面的材質屬性,計算光源直接照射該點產生的顏色。如果是散射面,直接計算光照;如果是鏡面或折射面,則繼續向反射或折射方向跟蹤另一條光線。

遞歸追蹤:如果表面是鏡面或折射面,繼續向反射或折射方向發出新的光線,遞歸地追蹤直到光線逃逸出場景或達到設定的最大遞歸深度。

累計光照:每次碰撞時都要累計光照,包括自發光、直接光照和間接光照。自發光與環境無關,直接光照是碰撞點向場景里的所有光源發出射線計算得來的,間接光照則是從碰撞點向法線方向的半球上隨機發射一條射線,與場景碰撞後的新碰撞點累加光照作為之前碰撞點的間接光照。

光線追蹤的技術最早由一個叫數學套用組的組織中的科學家在20世紀60年代發明,並最先用於動畫和電影製作。隨著技術的發展,光線追蹤現在被廣泛用於計算機遊戲和動畫、電視和DVD製作、電影產品中。微軟在Windows Vista作業系統的發布中加入了DirectX 10接口,使得電腦遊戲也能實現更複雜和真實的3D效果。