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计算机图形学基础 光线追踪

计算机图形学的基本任务之一是渲染三维物体:取一个由许多几何物体在三维空间中排列组成的场景,并计算出一个二维图像,以显示从一个特定视角看这些物体。几个世纪以来,建筑师和工程师都是这样做的,他们绘制图纸,向他人传达他们的设计。

从根本上说,渲染是一个将一组对象作为其输入,并将像素阵列作为其输出的过程。在某种程度上,渲染涉及到考虑每个物体对每个像素的贡献,它可以以两种一般的方式组织。在物序渲染中,每个物体被依次考虑,对于每个物体,它所影响的所有像素都被找到并更新。在图像顺序渲染中,每个像素被依次考虑,对于每个像素,所有影响它的对象都被找到并计算出像素的值。你可以从循环的嵌套角度来考虑两者的区别:在图像顺序渲染中,”对于每个像素 “的循环在外面,而在对象顺序渲染中,”对于每个对象 “的循环在外面。

如果输出的是矢量图像而不是光栅图像,渲染就不必涉及像素,但我们在本书中假定是光栅图像。

图像顺序和对象顺序渲染器可以计算完全相同的图像,但它们可以计算不同类型的效果,并且具有完全不同的性能特征。我们将探索方法的比较优势在第9章我们已经讨论过的,但是,一般来说,图像顺序呈现更容易得到工作和更灵活的影响,可以生产和通常(但不总是)需要更多的执行时间产生一个类似的图像。

在光线跟踪器中,计算精确的阴影和反射是很容易的,而在对象顺序框架中这是很困难的。

光线追踪是一种用于3D场景渲染的图像顺序算法,我们将首先考虑它,因为它可以在不开发任何用于对象顺序渲染的数学机制的情况下让光线追踪器工作。

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