深度解析：光线投射算法Ray Casting与图像渲染

本文档主要介绍了"Ray Casting"（光线投射）这一计算机图形学中的渲染技术。Ray Casting 是一种基于图像的渲染方法，它通过从观察者（通常称为“眼睛”）出发，沿着一系列光线路径（即"cast rays"）探寻场景中的世界对象。在图像平面上，我们为每个像素确定哪些数据样本会对其颜色产生贡献。这种方法的独特之处在于其对光传输信息的利用，以决定光线经过的物体的颜色。 首先，Ray Casting 进行了"Image-order rendering"，即在图像空间中逐像素地处理，对于屏幕上的每一个像素，计算它所对应的光线应通过的场景中的哪些数据点，这些数据点可能来自三维模型的网格单元（如voxels）。在这个过程中，光线通常不会被分裂或复制（只有主光线），确保了每个像素只接收一次采样。 文档还提到了几种不同的投影方案，包括： 1. **Maximum value projection**: 沿着光线路径，只保留遇到的最大值作为该像素的最终颜色。这种方法适用于强调场景中的突出特征。 2. **Average value for the ray path**: 采用所有遇到的数据点的平均值来决定像素颜色，这种方法可能呈现出更平滑的过渡效果。 3. **Distance to first voxel**: 计算光线到达第一个具有特定值（比如高于某个阈值）的voxel的距离，这可以用于实现半透明或模糊效果。 4. **Composition technique**: 这是一种高级技术，通过转移函数将沿光线路径的标量值映射到不同的颜色和不透明度上，广泛用于体积渲染，能产生丰富的视觉效果。 Ray Casting 提供了一种直观且灵活的方式来呈现三维场景，通过不同的投影和组合技术，可以实现从简单的光线追踪到复杂的光影交互。这种算法在科学可视化、游戏开发、建筑设计等领域都有广泛应用，是计算机图形学的重要组成部分。理解并掌握Ray Casting，能够帮助用户创建出更具真实感和艺术性的图像效果。