光线投射算法详解：GPU编程与毫米波雷达中的体绘制原理

光线投射算法原理是一种基于图像序列的直接体绘制技术，主要用于在计算机图形学中生成三维模型的渲染效果。它的工作原理是，从每个像素出发，沿着固定的视线方向（通常视为观察者视角）发射光线，光线在通过连续的图像帧时采集颜色信息。这个过程中，光线会根据预设的吸收模型累积颜色值，直到光线穿过整个模型，最后得到的色彩就是该像素在渲染图像上的颜色。 这种算法选择“图像序列”而非直接使用体纹理，是因为体数据有多种存储方式，特别是在CPU编程中，可能会使用图像序列来表示三维模型的不同切片或视图。在GPU的着色器编程中，体纹理是常见的数据结构。所谓的图像序列，可以理解为模型的不同截面或者不同视角下的纹理映射。 关键区别在于，光线投射算法并不涉及复杂的光线反射和折射计算，光线路径是直线，仅需在路径上的样点进行采样和色彩累加，利用体绘制的色彩合成算子。相比之下，光线跟踪算法则更注重模拟真实的光线交互，包括光线的弯曲和散射，且需要处理光线与场景实体的精确碰撞检测。 在体绘制中，光线投射算法的起点是从视点向模型表面的外层像素发射，而不是简单的从屏幕像素出发，这一点与光线跟踪算法有着本质的区别。光线跟踪算法通常从视点到屏幕像素发出射线，执行复杂的光线与场景交互计算，因此它更适合于追求高度真实感的渲染，如电影特效。 总结来说，光线投射算法作为CG（计算机图形学）中的基础技术，其核心是通过简化计算实现快速渲染，适用于对实时性能要求较高的场景，如游戏图形渲染。而光线跟踪则提供了更精确的视觉效果，但计算成本更高。理解这两种算法的差异有助于开发者根据实际需求选择合适的渲染技术。