全局光照渲染中的实时光线追踪技术

# 1. 引言

## 1.1 传统光照渲染技术的局限性

传统的光照渲染技术主要包括基于光栅化的实时渲染技术和基于光线追踪的离线渲染技术。光栅化技术在实时渲染中具有较高的效率，但在处理真实光照、阴影和反射等方面存在局限性。在光栅化技术中，即使通过增加像素数量和使用复杂的着色器，也难以达到真实场景中光照效果的高度逼真。

## 1.2 实时光线追踪技术的出现与发展

实时光线追踪技术的出现为解决传统光照渲染技术的局限性提供了新的思路。通过模拟光线在场景中的传播路径，实时光线追踪技术可以更准确地计算光照、阴影和反射效果，实现真实世界中光线的物理模拟。随着硬件性能的提升和算法优化的不断推进，实时光线追踪技术在游戏、虚拟现实等领域得到了广泛的应用和发展。

## 1.3 本文内容概述

### 2. 实时光线追踪基础

实时光线追踪是一种近年来备受关注的渲染技术，它的出现极大地改变了传统图形渲染的局限性，为实时渲染提供了全新的可能性。在本章中，我们将回顾光线追踪的基本原理，探讨实时光线追踪所面临的挑战与难点，以及其在实时渲染中的优势与应用场景。

#### 2.1 光线追踪基本原理回顾

光线追踪是一种基于物理光学原理的渲染方法，它通过追踪光线在场景中的传播路径，模拟光线与物体表面的相互作用，从而计算出像素的颜色和亮度。其基本原理可以简单概括为发射一条光线，判断光线与场景中的物体是否相交，若相交则计算交点处的颜色，若未相交则计算出射光线的颜色，并最终将这些信息累积起来生成最终图像。

#### 2.2 实时光线追踪的挑战与难点

实时光线追踪面临诸多挑战与难点。首先，在实时渲染中，需要在每一帧中追踪大量的光线，要求迅速计算出光线与场景中物体的相交情况，并实时更新图像。其次，实时光线追踪需要解决光线与复杂几何体的相交判断，高效的加速结构与空间数据结构，以及在追踪过程中的采样与噪声控制问题。

#### 2.3 实时光线追踪的优势与应用场景

尽管实时光线追踪面临诸多挑战，但其具有高度真实的渲染效