光线追踪技术：从包围盒到空间与物体划分

"计算机图形学-141" 在计算机图形学中，光线追踪是一种先进的渲染技术，用于模拟光线在虚拟场景中的行为，从而产生更为逼真的图像。标题和描述提到的"计算机图形学-141"可能是指一系列课程或教程的第141部分，专注于光线追踪这一主题。 光线追踪的核心在于模拟光线与场景中物体的交互。Whitted-Style光线追踪是光线追踪的一种经典方法，它扩展了基本的光线投射，考虑了光线反射、折射和次级光源，使得图像的细节和深度显著增加。在这个过程中，计算光线与物体的交点至关重要，因为这决定了光如何影响物体表面。 Axis-AlignedBoundingBoxes (AABB) 是一种常用的加速技术，用于快速判断光线是否可能与物体相交。AABB是包围物体的最小矩形框，通过检查光线是否穿过盒子的边界来简化交点检测。进一步地，可以将这些AABB放入一个空间划分结构，如多叉树、八叉树（Oct-Tree）或KD-Tree，以提高效率。例如，KD-Tree沿着不同维度交替切分空间，当光线与父节点的AABB相交时，可以快速决定是否需要进一步检查子节点。 BSP-Tree（Binary Space Partitioning Tree）是另一种空间划分技术，它选择一个方向对空间进行切割，形成分支结构。虽然建立和维护BSP-Tree可能较为复杂，但在某些情况下，它可以提供更快的交点查询。 除了空间划分，还可以采用物体划分策略，即Bounding Volume Hierarchies (BVH)，这是一种针对物体而不是空间进行组织的方法。通过对物体进行分组并计算包围盒，可以减少光线检测的计算量。物体划分通常涉及选择一个合适的维度进行切割，确保物体在两个子集合中均匀分布。当一个物体只与少数几个包围盒相交时，这种方法特别有效。 辐射度量学是光线追踪中的重要概念，它涉及到光能的传播和交互。在Blinn-Phong光照模型中，光强I表示单位时间内传递的光能。Whitted-Style光线追踪虽然能够产生高质量的图像，但没有考虑到光的散射和全局光照，而辐射度量学引入了Radiant flux（辐射通量）、intensity（强度）、irradiance（辐照度）和radiance（辐射亮度）等概念，以更准确地描述光的物理性质，从而提高图像的真实感。 计算机图形学中的光线追踪涉及复杂的数学和算法，包括空间和物体划分、交点检测以及辐射度量学，这些都旨在优化渲染性能并提升图像质量。通过理解这些知识点，开发者可以创建出更为逼真的虚拟世界。