空间剖分技术在快速光线跟踪算法中的应用

"基于空间剖分的快速光线跟踪算法 .pdf" 光线跟踪是一种在计算机图形学中用于生成真实感图像的技术，它模拟光线在场景中的传播，包括反射、折射等效果，以产生逼真的视觉效果。然而，由于需要处理大量光线与物体的交点计算，光线跟踪算法通常具有较高的计算复杂度。 本文由韩逸晨和杨克俭撰写，他们提出了一种基于空间剖分的快速光线跟踪算法，以解决光线跟踪效率低下的问题。他们在对比了多种光线跟踪算法后，选择了空间剖分策略来优化求交计算。具体来说，该方法首先将空间进行分割，如使用3d-DDA、BSP树、Kd-tree或Octree等数据结构，将物体放置于相应的包围盒中。当光线穿过空间时，只需与这些包围盒进行交点计算，而非直接与每个物体交互，这极大地减少了不必要的计算，提升了效率。 算法的设计包括两大部分优化：一是简化求交运算本身，快速判断光线与物体是否相交，并快速求解交点；二是通过空间剖分减少参与求交测试的物体数量，提前排除不可能相交的物体。这种策略减少了计算量，使得光线跟踪算法在处理大量物体时仍能保持高效。 在实现过程中，首先建立一个以投影参考点在z轴、像素位于xy平面的坐标系统，然后生成像素光线。每个像素的光线需要与场景中的所有物体进行相交测试，找出最近的交点，这个交点代表了像素所看到的可见表面。如果表面具有反射特性，光线会按照反射定律继续追踪反射路径。若表面是透明的，光线则会考虑折射，继续追踪到下一个界面。 实验结果显示，该空间剖分的光线跟踪算法有效地提高了图形绘制的速度，为实时或高分辨率的真实感渲染提供了可能。这种方法对于处理复杂场景，尤其是在物体数量庞大、表面反射和折射效果丰富的环境中，具有显著的性能优势。 关键词：光线跟踪，空间剖分，求交算法 这篇论文的研究对于提升计算机图形学领域的实时渲染性能有着重要的意义，对于游戏开发、电影特效制作以及虚拟现实应用等领域都有潜在的应用价值。通过空间剖分技术，可以降低计算负担，提高光线跟踪算法的实际运行效率，使得真实感渲染更加接近实时，为用户带来更为沉浸式的体验。