光線繪制演算法

㈠ 計算機圖形學， 光線跟蹤演算法的過程是什麼

光線跟蹤思路：從視點出發，通過圖像平面上每個像素中心向場景發出一條光線，光線的起點為視點，方向為像素中心和視點連線單位向量。光線與離視點最近的場景物體表面交點有三種可能：
當前交點所在的物體表面為理想漫射面，跟蹤結束。
當前交點所在的物體表面為理想鏡面，光線沿其鏡面發射方向繼續跟蹤。
當前交點所在的物體表面為規則透射面，光線沿其規則透射方向繼續跟蹤。

偽代碼：

void TraceRay(const Vec3& start, const Vec3& direction, int depth, Color& color)
{
Vec3 intersectionPoint, reflectedDirection, transmittedDirection;
Color localColor, reflectedColor, transmittedColor;
if (depth >= MAX_DEPTH) {
color = Black; //#000
}
else {
Ray ray(start, direction); //取start起點，方向direction為跟蹤射線；
if ( !scene->HasIntersection(ray) )
color = BackgroundColor;
else {
計算理起始點start最近的交點intersectionPoint,
記錄相交物體intersectionObject,

// #1
Shade(intersectionObject, intersectionPoint, localColor);

// #2
if ( intersectionPoint所在面為鏡面 ) {
計算跟蹤光想S在intersectionPoint處的反射光線方向reflectedDirection,
TraceRay(intersectionPoint, reflectedDirection, depth+1, reflectedColor);
}
// #3
if ( intersectionPoint所在的表面為透明面 ) {
計算跟蹤光線S在intersectionPoint處的規則透射光線方向transmittedDirection,
TraceRay(intersectionPoint, transmittedDirection, depth+1, transmittedColor);
}
// #summarize
color = localColor + Ks * reflectedColor + Kt * transmittedColor;
}// else
} //else
}
// 局部光照模型計算交點intersectionPoint處的局部光亮度localColor
void Shade(const Object& intersectionObj, const Vec3& intersectionPoint, Color& localColor)
{
確定intersectionObj在intersectionPoint處的單位法向量N,
漫反射系數Kd,
鏡面反射系數Ks,
環境反射系數Ka;
localColor = Ka * Ia; //Ia為環境光亮度
for ( 每一個點光源PointLight ) {
計算入射光線單位向量L和虛擬鏡面法向單位向量H,
// 由Phong模型計算光源PointLight在intersectionPoint處的漫反射和鏡面反射光亮度
localColor += ( Ipointlight * ( Kd * (N.dot(L)) + Ks * (N.dot(H))^n ) );
}
}

㈡ 光線追蹤演算法中的光線是怎麼描述的

光線跟蹤思路：從視點出發,通過圖像平面上每個像素中心向場景發出一條光線,光線的起點為視點,方向為像素中心和視點連線單位向量.光線與離視點最近的場景物體表面交點有三種可能：當前交點所在的物體表面為理想漫射面,跟蹤結束. 當前交點所在的物體表面為理想鏡面,光線沿其鏡面發射方向繼續跟蹤. 當前交點所在的物體表面為規則透射面,光線沿其規則透射方向繼續跟蹤. 偽代碼： void TraceRay(const Vec3& start,const Vec3& direction,int depth,Color& color) { Vec3 intersectionPoint,reflectedDirection,transmittedDirection; Color localColor,reflectedColor,transmittedColor; if (depth >= MAX_DEPTH) { color = Black; //#000 } else { Ray ray(start,direction); //取start起點,方向direction為跟蹤射線； if ( !scene->HasIntersection(ray) ) color = BackgroundColor; else { 計算理起始點start最近的交點intersectionPoint, 記錄相交物體intersectionObject, // #1 Shade(intersectionObject,intersectionPoint,localColor); // #2 if ( intersectionPoint所在面為鏡面 ) { 計算跟蹤光想S在intersectionPoint處的反射光線方向reflectedDirection, TraceRay(intersectionPoint,reflectedDirection,depth+1,reflectedColor); } // #3 if ( intersectionPoint所在的表面為透明面 ) { 計算跟蹤光線S在intersectionPoint處的規則透射光線方向transmittedDirection, TraceRay(intersectionPoint,transmittedDirection,depth+1,transmittedColor); } // #summarize color = localColor + Ks * reflectedColor + Kt * transmittedColor; }// else } //else } // 局部光照模型計算交點intersectionPoint處的局部光亮度localColor void Shade(const Object& intersectionObj,const Vec3& intersectionPoint,Color& localColor) { 確定intersectionObj在intersectionPoint處的單位法向量N, 漫反射系數Kd, 鏡面反射系數Ks, 環境反射系數Ka; localColor = Ka * Ia; //Ia為環境光亮度 for ( 每一個點光源PointLight ) { 計算入射光線單位向量L和虛擬鏡面法向單位向量H, // 由Phong模型計算光源PointLight在intersectionPoint處的漫反射和鏡面反射光亮度 localColor += ( Ipointlight * ( Kd * (N.dot(L)) + Ks * (N.dot(H))^n ) ); } }

㈢ 怎麼用ps做出光線的效果

用ps做出光線的效果，一般是先繪制光線，再用圖層樣式~外發光工具等製作就可以了。

㈣ 圖形學中，光線投射演算法與光線追蹤追蹤演算法的區別

基本概念
光線投射：http://202.118.167.67/eol/data/res/jsjtxx/Chapter2/CG_Txt_2_044.htm
光線追蹤：http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%85%89%E7%B7%9A%E8%BF%BD%E8%B9%A4

區別
光線投射和光線追蹤都會先建立一個從視點出發到場景中某個物體的Ray，不同之處是當Ray射中某個物體一次後，光線投射演算法就停止。但是光線追蹤演算法會繼續考慮該條Ray的反射，折射光線Ray'，並把Ray'作為新的入射光線,繼續檢測其是否會射中場景中的其他物體，如此遞歸若干次。
簡而言之，光線追蹤是recursive的，光線投射就像是光線追蹤的child ray，只需要進行一次碰撞檢測就好。

應用場合
二者均被應用於靜態三維繪圖，三維電腦游戲以及動畫等實時模擬場合，具體來說
光線投射：在圖像的視覺細節不太重要或者是通過人為製造細節可以得到更好的計算效率的場合。
光線追蹤：追求高質量視覺效果的場合

參考：
http://www.gamedev.net/topic/431216-difference-between-ray-casting-and-ray-tracing/
http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%B8%B2%E6%9F%93
http://202.118.167.67/eol/data/res/jsjtxx/index.htm
http://wenku..com/view/17a5fdec856a561252d36f82.html

㈤ 攝像創作最基本的光線設計方法是什麼

（1）空間條件
工作室的空間大小依據畫家通常繪製作品的大小而論。也就是說，工作室的面積取決於畫家本人的工作規模，一般不小於12m2。為了觀察作品的整體效果，要有退後觀看的距離空間。較為理想的工作空間是 5m×6m。除必備的繪畫用具外，畫室內還應有貯存作品的空間；存放書籍資料的書櫃；用於閱讀及勾畫創作草稿或設計用的專用寫字台；用於休息、聊天或擺放模特的折疊式沙發；用於遮擋或柔化光影的白色屏風等。
畫室的牆壁可為白色，但天花板及地面不應使用反光強的材料。特別是天花板，最好不要使用白色裝飾材料。可使用木質天花板，上光上油都無妨，因為木質天花板的暖色可以中和白色牆壁產生的冷色，能夠平衡光線的色彩。同時，漫射進來的光線也不會因反光多而變成散光。地面的顏色以深色中性較好。
此外，工作室最理想的選擇場所應是交通便利且僻靜的地方。
（2）採光條件
顏色通過光線才能達到視覺感知，因此畫室對採光的要求較高。現代畫家更喜歡在自然光下工作，自然光的光源充足且強柔相宜。畫室的採光窗戶以背陰為佳，若是朝陽則需要用白色帳幔柔化太陽光。畫室內採光應避免平光，因為平光不利於寫生，理想的寫生光線應具有一定的方向性，即從位置較高的窗戶投射進來的光線有一定的斜度。頂光是人體寫生較理想的光線，可以用天窗採光獲取頂光，在頂光下人體微妙的結構變化較為清晰，易於觀察和表現。因此，畫室內設天窗是很有必要的。
大多數畫家在白天利用自然光作畫。當然，這並不意味著畫家不能利用人造光作畫。有些畫家利用燈光進行創作或寫生，但由於白熾燈的光線偏暖，而日光燈的光線偏冷，所以利用燈光作畫最好兩種光線並用，60瓦的日光燈可加上100瓦的電燈泡。由於日光燈的燈體太長，所以用較短的日光燈並列起來使用可以集中光線。人造光的最大優點是可以根據寫生需要隨意調節光線的照射方向。

㈥ 高效光線跟蹤的演算法有那些

淺析3D Max中的高級燈光技術

摘要：3D Max在3D製作軟體中渲染功能一直比較薄弱，使其只甘居Maya等3D製作軟體之下。為彌補這一缺陷，在5.0版中3D Max增加了高級燈光技術，擁有光能傳遞、光線追蹤器兩個全局照明系統，在渲染功能上有了非常顯著的改善。本文主要介紹新的光能傳遞演算法。

關鍵詞：渲染 全局照明 光能傳遞

3D MAX 的渲染功能一直比較薄弱，其效果遠不如其他軟體（例如Maya）那樣逼真，這在很大程度上是因為3D MAX默認的燈光技術不夠先進。

在3D MAX中經常使用「光線追蹤（Ray-Trace）」材質，與之相聯系的就是光線追蹤渲染演算法。這種演算法假設發出很多條光線，光線遇到物體時，被遮擋、反射或者折射，通過跟蹤這些光線，就可以得到場景的渲染效果。但是這種方法有一個嚴重的缺點，就是不能反映現實生活中光的很多特性。例如，在現實生活中，燈光照射到物體後，每個物體都會發射一部分光線，形成環境光，從而導致沒有被燈光直射的物體也能被照明，而不是完全出於黑暗狀態。又如，把一個紅色物體靠近白色的牆壁，那麼牆壁靠近物體的地方會顯出也帶有紅色。還有很多諸如此類的燈光效果，使用光線追蹤演算法都不能產生。

為了解決這些問題，人們發明了更先進的演算法來計算燈光的效果，這就是「光能傳遞（Radiosity）」演算法。這種演算法把光作為光量子看待（實際上更符合現代物理學），通過計算光量子的能量分布獲得渲染結果。這種方法能夠獲得最逼真的照明效果，因此，通常將光能傳遞演算法和光線追蹤演算法結合起來，以獲得最佳的效果。3D MAX5.0新增的高級光照功能則包含了兩個不同的系統：光能傳遞（radiosity）和光線追蹤器（light tracer）。它所得到的結果非常接近對真實事物的再現。

光線追蹤器比較通用，也容易使用，使用它不需要理解許多技術概念，任何模型和燈的類型都適用。光能傳遞相對較復雜，需要為這種處理方式專門准備模型和場景。燈必須是光度控制燈，材質也必須仔細設計。但光能傳遞在物理上是精確的，對於建築模型的精確設計是必須的，這一點非常重要，尤其當建模的目的是進行光照分析時。另外，光線追蹤器的結果與視點無關，而光能傳遞不是這樣的。光線追蹤器在每一幀都計算光照。光能傳遞只會計算一次，除非場景中的物體移動了或燈發生了變化，或者是從另一個不同的視點渲染場景時。基本原則是光線追蹤器更適用於有大量光照的室外場景、角色動畫和在空曠的場景中渲染物體。光能傳遞更適合於使用了聚光燈的室內場景和建築渲染。

使用光線追蹤器進行室內光照模擬時，為避免平坦表面上的噪波，可能需要相當高質量的設定和很長的渲染時間。光能傳遞則可以用更短的時間提供更好的效果。另一方面，光能傳遞用於有許多多邊形的角色模型時，需要額外的細化步驟、過濾，甚至是Regathering(重新聚合)。而光線追蹤器適用默認的設置一次渲染就可以得到更好的效果。

傳統的渲染引擎值考慮直接光照

不考慮反射光，然而，反射光是

一個場景的重要組成部分。 對相同的場景使用全局光照渲染，

上圖使用了光能傳遞（radiosity）

就可以得到一種真實的結果。

光能傳遞是在一個場景中重現從物體表面反射的自然光線，實現更加真實和物理上精確的照明結果。如圖所示。光能傳遞基於幾何學計算光從物體表面的反射。幾何面（三角形）成為光能傳遞進行計算的最小單位。大的表面可能需要被細分為小的三角形面以獲得更精確的結果。場景中三角形面的數目很重要。如果數目不夠結果會不精確，但如果太多時間又會太長。光能傳遞提供一種將大的三角形面自動細分的方法，同時也可以控制每個物體的細分和細化程度。光能傳遞依賴於材質和表面屬性以獲得物理上精確的結果。在場景中進行建模時必須牢記這一點。要使用光度控制燈，而且模型的幾何結構應盡可能准確。

1．單位

要獲得精確的結果，場景中作圖單位是一個基礎。如果單位是「英寸」，一個100×200×96單位的房間可以被一個相當於60瓦燈泡的光度控制燈正確照明，但如果單位是「米」，相同場景會變得非常暗。

2．光能傳遞的解決方案

光能傳遞是一個獨立於渲染的處理過程，一旦解決方案被計算出來，結果被保存在幾何體自己內部。對幾何體或光照作改變將使原解決方案無效。解決方案是為整個場景全局計算的，這意味著它與視點無關。一旦計算出來，就可以從任何方向觀察場景。當攝像機在一個固定場景中移動時，這將會節省時間。如果對幾何體或燈作了動畫，每一幀都必須計算光能傳遞。渲染菜單中的選項允許定義如何處理光能傳遞過程。

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㈦ 醫學圖像三維重建，體繪制中的光線投射演算法（raycast）的MATLAB或者python實現代碼

介紹了運用Matlab軟體進行CT斷層圖像的三維重建的原理及實現方法。運用計算機圖形學和圖像處理技術將計算機斷層掃描（CT）等成像設備得到的人體斷層二維圖像序列，在計算機中重建成三維圖像數據，並在屏幕上形象逼真地顯示人體器官的立體視圖。可以對重構出的器官圖像進行諸如旋轉、縮放等操作，重建方法簡單，顯示效果良好