光线追踪技术的理论和实践(面向对象)

                             光线追踪技术的理论和实践(面向对象)

                                 Theory & Practice of Raytracing(Object Oriented)

这篇文章将介绍光线追踪技术。在计算机图形领域中，这种技术被普遍应用于生成高质量的照片级图像。在为一个场景计算光照的时候，通过固定图形渲染管线可以计算phong光照模型，由于该模型的特征，使得渲染的物体看起来有塑料的质感。如果要渲染一个有金属质感且能反射周围环境的物体，phong模型就无能为力了。和固定渲染管线相比，可编程图形渲染管线的力能要强的多，虽然可以实现很多逼真的光照效果，比如利用环境贴图来现实物体对环境的反射效果。但是这种环境反射只能反射出已经保存在Cube Map中的图像。在真实世界中，如果一个能反射周围环境的物体周围还有很多其他物体，它们就会相互反射。一般的环境贴图技术达不到这样的效果，于是在渲染照片级画面的时候，就要用到光线追踪的技术。文本还将利用c++面向对象的方法来实现光线追踪。

原理

在介绍原理之前，先考虑一个问题：我们是怎样看到真实世界中的物体的？我们能看到物体，是因为该物体上有反射光线到达我们的眼睛。没有任何光线传入眼睛，我们就看不到任何东西。我们还经常看到一个物体表面能反射另一个物体。这也是因为被反射物体表面的反射光线到达该物体表面后，该物体继续将光线反射到我们的眼睛里，于是我们看到了该物体表面反射其他物体的效果。现在，我们将从物体表面出发最后到达眼睛的光线的方向反向。先来看看下面的Fig1，在Fig1中