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室内效果图渲染光线跟踪全局照明算法

编辑：时间：2017-11-17 08:42:56

　　全局照明算法首先开发的一项技术称作光线跟踪。光线跟踪算法在场景中运动的数以亿计的光子中进行识别，我们主要关心的是进入眼睛的那些光子。该算法跟踪从屏幕中每个像素进入3D模型的反向光线。这样，我们只计算构建图像所需要的信息。要使用光线跟踪创建图像，对于计算机屏幕上的每个像素执行下列步骤。

　　光线是通过眼睛的位置反向跟踪的，通过监视器上的像素，直到它与一个曲面相交。我们从材质的描述中可以知道曲面的反射率，但我们仍然不知道到达曲面的灯光量。

　　要确定总体照明，我们从相交点开始跟踪光线到环境中的每个光源（阴影光线）。如果到达光源的光线未被其他对象阻挡，则来自光源的灯光用于计算曲面颜色。

　　如果相交的曲面有光泽的或透明，则我们必须要确定在要处理的曲面中或通过这一曲面能看到什么。第1步和第2步在反射（在透明的情况下，则是透射）方向反复执行，直到遇到另一曲面。后续相交点的颜色也用于计算原始点的颜色。

　　如果第二个曲面也是反光的或透明的，则重复光线跟踪过程，以此类推，直到达到迭代的最大次数或没有更多的相交曲面为止。

　　光线跟踪：光线通过一个像素从摄影机开始跟踪，经过几何体，然后回到光源。

　　光线跟踪算法的应用非常广泛，因为它可以建立多种照明效果的模型。它可以精确地实现直接照明的全局照明特性、阴影、高光反射（比如镜子）以及通过透明材质的折射。光线跟踪的主要不足在于即使对中等复杂的环境它也可能处理得非常慢。在3dsMax中，会有选择地将光线跟踪用于使用光线跟踪材质的对象上，这些材质将光线跟踪指定为其着色选项。光线跟踪也可以指定为渲染光源投射阴影的方法。

　　光线跟踪和扫描线渲染的一个共同不足之处在于，这些技术都不考虑全局照明的一个非常重要的特性，即漫反射的相互反射。对传统光线跟踪和扫描线渲染而言，只有直接来自于光源自身的灯光才被精确考虑。但是，正如房间的例子中所示，到达曲面的灯光不仅仅来自于光源（直接照明），这些灯光也来自于其他曲面（间接照明）。例如，如果我们光线跟踪厨房的图像，则阴影中的区域应当以黑色显示，因为这些区域不能由光源直接照明。但是，我们从经验知道，这些区域不可能完全为黑色，因为它们也会接收到来自周围墙壁和地板的灯光。

　　在扫描线渲染和传统的光线跟踪（在3dsMaxv5之前的版本）中，间接照明通常是仅通过添加一个任意的环境光值来实现，而此环境光与间接照明的物理现象无关，并且在整个空间中为固定值。因此，扫描线和光线跟踪图像通常看起来过于平面化，尤其是在建筑环境的渲染上，这些建筑环境通常来说大部分都是漫反射曲面。

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