光线绘制算法

㈠ 计算机图形学， 光线跟踪算法的过程是什么

光线跟踪思路：从视点出发，通过图像平面上每个像素中心向场景发出一条光线，光线的起点为视点，方向为像素中心和视点连线单位向量。光线与离视点最近的场景物体表面交点有三种可能：
当前交点所在的物体表面为理想漫射面，跟踪结束。
当前交点所在的物体表面为理想镜面，光线沿其镜面发射方向继续跟踪。
当前交点所在的物体表面为规则透射面，光线沿其规则透射方向继续跟踪。

伪代码：

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起点，方向direction为跟踪射线；
if ( !scene->HasIntersection(ray) )
color = BackgroundColor;
else {
计算理起始点start最近的交点intersectionPoint,
记录相交物体intersectionObject,

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

// #2
if ( intersectionPoint所在面为镜面 ) {
计算跟踪光想S在intersectionPoint处的反射光线方向reflectedDirection,
TraceRay(intersectionPoint, reflectedDirection, depth+1, reflectedColor);
}
// #3
if ( intersectionPoint所在的表面为透明面 ) {
计算跟踪光线S在intersectionPoint处的规则透射光线方向transmittedDirection,
TraceRay(intersectionPoint, transmittedDirection, depth+1, transmittedColor);
}
// #summarize
color = localColor + Ks * reflectedColor + Kt * transmittedColor;
}// else
} //else
}
// 局部光照模型计算交点intersectionPoint处的局部光亮度localColor
void Shade(const Object& intersectionObj, const Vec3& intersectionPoint, Color& localColor)
{
确定intersectionObj在intersectionPoint处的单位法向量N,
漫反射系数Kd,
镜面反射系数Ks,
环境反射系数Ka;
localColor = Ka * Ia; //Ia为环境光亮度
for ( 每一个点光源PointLight ) {
计算入射光线单位向量L和虚拟镜面法向单位向量H,
// 由Phong模型计算光源PointLight在intersectionPoint处的漫反射和镜面反射光亮度
localColor += ( Ipointlight * ( Kd * (N.dot(L)) + Ks * (N.dot(H))^n ) );
}
}

㈡ 光线追踪算法中的光线是怎么描述的

光线跟踪思路：从视点出发,通过图像平面上每个像素中心向场景发出一条光线,光线的起点为视点,方向为像素中心和视点连线单位向量.光线与离视点最近的场景物体表面交点有三种可能：当前交点所在的物体表面为理想漫射面,跟踪结束. 当前交点所在的物体表面为理想镜面,光线沿其镜面发射方向继续跟踪. 当前交点所在的物体表面为规则透射面,光线沿其规则透射方向继续跟踪. 伪代码： 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起点,方向direction为跟踪射线； if ( !scene->HasIntersection(ray) ) color = BackgroundColor; else { 计算理起始点start最近的交点intersectionPoint, 记录相交物体intersectionObject, // #1 Shade(intersectionObject,intersectionPoint,localColor); // #2 if ( intersectionPoint所在面为镜面 ) { 计算跟踪光想S在intersectionPoint处的反射光线方向reflectedDirection, TraceRay(intersectionPoint,reflectedDirection,depth+1,reflectedColor); } // #3 if ( intersectionPoint所在的表面为透明面 ) { 计算跟踪光线S在intersectionPoint处的规则透射光线方向transmittedDirection, TraceRay(intersectionPoint,transmittedDirection,depth+1,transmittedColor); } // #summarize color = localColor + Ks * reflectedColor + Kt * transmittedColor; }// else } //else } // 局部光照模型计算交点intersectionPoint处的局部光亮度localColor void Shade(const Object& intersectionObj,const Vec3& intersectionPoint,Color& localColor) { 确定intersectionObj在intersectionPoint处的单位法向量N, 漫反射系数Kd, 镜面反射系数Ks, 环境反射系数Ka; localColor = Ka * Ia; //Ia为环境光亮度 for ( 每一个点光源PointLight ) { 计算入射光线单位向量L和虚拟镜面法向单位向量H, // 由Phong模型计算光源PointLight在intersectionPoint处的漫反射和镜面反射光亮度 localColor += ( Ipointlight * ( Kd * (N.dot(L)) + Ks * (N.dot(H))^n ) ); } }

㈢ 怎么用ps做出光线的效果

用ps做出光线的效果，一般是先绘制光线，再用图层样式~外发光工具等制作就可以了。

㈣ 图形学中，光线投射算法与光线追踪追踪算法的区别

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

区别
光线投射和光线追踪都会先建立一个从视点出发到场景中某个物体的Ray，不同之处是当Ray射中某个物体一次后，光线投射算法就停止。但是光线追踪算法会继续考虑该条Ray的反射，折射光线Ray'，并把Ray'作为新的入射光线,继续检测其是否会射中场景中的其他物体，如此递归若干次。
简而言之，光线追踪是recursive的，光线投射就像是光线追踪的child ray，只需要进行一次碰撞检测就好。

应用场合
二者均被应用于静态三维绘图，三维电脑游戏以及动画等实时模拟场合，具体来说
光线投射：在图像的视觉细节不太重要或者是通过人为制造细节可以得到更好的计算效率的场合。
光线追踪：追求高质量视觉效果的场合

参考：
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 摄像创作最基本的光线设计方法是什么

（1）空间条件
工作室的空间大小依据画家通常绘制作品的大小而论。也就是说，工作室的面积取决于画家本人的工作规模，一般不小于12m2。为了观察作品的整体效果，要有退后观看的距离空间。较为理想的工作空间是 5m×6m。除必备的绘画用具外，画室内还应有贮存作品的空间；存放书籍资料的书柜；用于阅读及勾画创作草稿或设计用的专用写字台；用于休息、聊天或摆放模特的折叠式沙发；用于遮挡或柔化光影的白色屏风等。
画室的墙壁可为白色，但天花板及地面不应使用反光强的材料。特别是天花板，最好不要使用白色装饰材料。可使用木质天花板，上光上油都无妨，因为木质天花板的暖色可以中和白色墙壁产生的冷色，能够平衡光线的色彩。同时，漫射进来的光线也不会因反光多而变成散光。地面的颜色以深色中性较好。
此外，工作室最理想的选择场所应是交通便利且僻静的地方。
（2）采光条件
颜色通过光线才能达到视觉感知，因此画室对采光的要求较高。现代画家更喜欢在自然光下工作，自然光的光源充足且强柔相宜。画室的采光窗户以背阴为佳，若是朝阳则需要用白色帐幔柔化太阳光。画室内采光应避免平光，因为平光不利于写生，理想的写生光线应具有一定的方向性，即从位置较高的窗户投射进来的光线有一定的斜度。顶光是人体写生较理想的光线，可以用天窗采光获取顶光，在顶光下人体微妙的结构变化较为清晰，易于观察和表现。因此，画室内设天窗是很有必要的。
大多数画家在白天利用自然光作画。当然，这并不意味着画家不能利用人造光作画。有些画家利用灯光进行创作或写生，但由于白炽灯的光线偏暖，而日光灯的光线偏冷，所以利用灯光作画最好两种光线并用，60瓦的日光灯可加上100瓦的电灯泡。由于日光灯的灯体太长，所以用较短的日光灯并列起来使用可以集中光线。人造光的最大优点是可以根据写生需要随意调节光线的照射方向。

㈥ 高效光线跟踪的算法有那些

浅析3D Max中的高级灯光技术

摘要：3D Max在3D制作软件中渲染功能一直比较薄弱，使其只甘居Maya等3D制作软件之下。为弥补这一缺陷，在5.0版中3D Max增加了高级灯光技术，拥有光能传递、光线追踪器两个全局照明系统，在渲染功能上有了非常显着的改善。本文主要介绍新的光能传递算法。

关键词：渲染 全局照明 光能传递

3D MAX 的渲染功能一直比较薄弱，其效果远不如其他软件（例如Maya）那样逼真，这在很大程度上是因为3D MAX默认的灯光技术不够先进。

在3D MAX中经常使用“光线追踪（Ray-Trace）”材质，与之相联系的就是光线追踪渲染算法。这种算法假设发出很多条光线，光线遇到物体时，被遮挡、反射或者折射，通过跟踪这些光线，就可以得到场景的渲染效果。但是这种方法有一个严重的缺点，就是不能反映现实生活中光的很多特性。例如，在现实生活中，灯光照射到物体后，每个物体都会发射一部分光线，形成环境光，从而导致没有被灯光直射的物体也能被照明，而不是完全出于黑暗状态。又如，把一个红色物体靠近白色的墙壁，那么墙壁靠近物体的地方会显出也带有红色。还有很多诸如此类的灯光效果，使用光线追踪算法都不能产生。

为了解决这些问题，人们发明了更先进的算法来计算灯光的效果，这就是“光能传递（Radiosity）”算法。这种算法把光作为光量子看待（实际上更符合现代物理学），通过计算光量子的能量分布获得渲染结果。这种方法能够获得最逼真的照明效果，因此，通常将光能传递算法和光线追踪算法结合起来，以获得最佳的效果。3D MAX5.0新增的高级光照功能则包含了两个不同的系统：光能传递（radiosity）和光线追踪器（light tracer）。它所得到的结果非常接近对真实事物的再现。

光线追踪器比较通用，也容易使用，使用它不需要理解许多技术概念，任何模型和灯的类型都适用。光能传递相对较复杂，需要为这种处理方式专门准备模型和场景。灯必须是光度控制灯，材质也必须仔细设计。但光能传递在物理上是精确的，对于建筑模型的精确设计是必须的，这一点非常重要，尤其当建模的目的是进行光照分析时。另外，光线追踪器的结果与视点无关，而光能传递不是这样的。光线追踪器在每一帧都计算光照。光能传递只会计算一次，除非场景中的物体移动了或灯发生了变化，或者是从另一个不同的视点渲染场景时。基本原则是光线追踪器更适用于有大量光照的室外场景、角色动画和在空旷的场景中渲染物体。光能传递更适合于使用了聚光灯的室内场景和建筑渲染。

使用光线追踪器进行室内光照仿真时，为避免平坦表面上的噪波，可能需要相当高质量的设定和很长的渲染时间。光能传递则可以用更短的时间提供更好的效果。另一方面，光能传递用于有许多多边形的角色模型时，需要额外的细化步骤、过滤，甚至是Regathering(重新聚合)。而光线追踪器适用默认的设置一次渲染就可以得到更好的效果。

传统的渲染引擎值考虑直接光照

不考虑反射光，然而，反射光是

一个场景的重要组成部分。 对相同的场景使用全局光照渲染，

上图使用了光能传递（radiosity）

就可以得到一种真实的结果。

光能传递是在一个场景中重现从物体表面反射的自然光线，实现更加真实和物理上精确的照明结果。如图所示。光能传递基于几何学计算光从物体表面的反射。几何面（三角形）成为光能传递进行计算的最小单位。大的表面可能需要被细分为小的三角形面以获得更精确的结果。场景中三角形面的数目很重要。如果数目不够结果会不精确，但如果太多时间又会太长。光能传递提供一种将大的三角形面自动细分的方法，同时也可以控制每个物体的细分和细化程度。光能传递依赖于材质和表面属性以获得物理上精确的结果。在场景中进行建模时必须牢记这一点。要使用光度控制灯，而且模型的几何结构应尽可能准确。

1．单位

要获得精确的结果，场景中作图单位是一个基础。如果单位是“英寸”，一个100×200×96单位的房间可以被一个相当于60瓦灯泡的光度控制灯正确照明，但如果单位是“米”，相同场景会变得非常暗。

2．光能传递的解决方案

光能传递是一个独立于渲染的处理过程，一旦解决方案被计算出来，结果被保存在几何体自己内部。对几何体或光照作改变将使原解决方案无效。解决方案是为整个场景全局计算的，这意味着它与视点无关。一旦计算出来，就可以从任何方向观察场景。当摄像机在一个固定场景中移动时，这将会节省时间。如果对几何体或灯作了动画，每一帧都必须计算光能传递。渲染菜单中的选项允许定义如何处理光能传递过程。

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㈦ 医学图像三维重建，体绘制中的光线投射算法（raycast）的MATLAB或者python实现代码

介绍了运用Matlab软件进行CT断层图像的三维重建的原理及实现方法。运用计算机图形学和图像处理技术将计算机断层扫描（CT）等成像设备得到的人体断层二维图像序列，在计算机中重建成三维图像数据，并在屏幕上形象逼真地显示人体器官的立体视图。可以对重构出的器官图像进行诸如旋转、缩放等操作，重建方法简单，显示效果良好