一、为什么要引入光线追踪？

1、理解

光栅化和光线追踪是两种不同的成像方式。
光栅化是一种很快的近似方法，生成的图像质量相对较低。（一般用于实时）
光线追踪是一种很慢的方法，生成的图像非常真实，质量非常高。（一般用于离线）

2、原因

由于光栅化不好处理全局的效果，比如：

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二、基本光线追踪算法

1、光线定义

定义1：光线沿着直线传播。（不正确）（不考虑波粒二象性）
定义2：光线不会发生碰撞。（不正确）（两个光线相遇，不会有影响）
定义3：光线从光源出发，到达人眼。（光线可逆性）

2、基本光线追踪算法

假设1：认为是点光源。
假设2：光线打到场景中，会发生完美的反射和折射。

第一步：从眼睛开始，往成像平面中的任何一个像素，投射一根光线。光线会打到场景中某一个位置上。如下图：

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第二步：将交点与光源连线，叫 Shadow Ray。
如果连线无物体，说明交点可以被照亮。
如果连线有物体，说明交点在阴影里。
然后，有法线、有入射和出射方向，就可以计算着一点的着色。
最后写入这点的像素值。如下图：

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结论：使用以上方法，只考虑光线弹射一次，得到的效果和光栅化效果类似。

三、Whitted-Style Ray Tracing

延续上边的方式，其实光线可以弹射多次，即 Whitted-Style Ray Tracing。如下图：

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由于光线弹射了多次，在每一个弹射的点都会计算着色值。
将全部交点与光源连线，看光源是否照亮交点。(1) (2) (3) 点可以被光源照亮，(4) 被遮挡。
Whitted-Style Ray Tracing其实是：光源照亮点的着色值，全部加到这个像素的值里。（表示不同光路的加权和的作用结果）（这里会有能力损失，不然会产生曝光问题）

以上即Whitted-Style Ray Tracing原理。

四、技术问题

下面解决Whitted-Style Ray Tracing算法中的技术问题。

1、求交点

光线与场景中的交点怎么求？

（1）光线定义

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（2）光线与球求交点

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（3）光线与三角形求交点

光线和三角形直接求交点困难。
转化为两步来实现：
1、光线和三角形所在平面求交点；
2、判定交点是否在三角形内
需要定义一个平面：

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3D渲染-光线追踪-Whitted Style