光线追踪算法原理详解：从发射光线到像素着色

光线追踪算法是一种用于生成逼真图像的计算机图形学算法。其原理基于光线与物体的交互过程。以下是光线追踪算法的基本原理：\n\n1. 发射光线：从相机或观察点发射一束射线，通过每个像素点发射一条光线。这些光线会穿过场景中的物体并与其交互。\n\n2. 相交检测：对于每条光线，算法会检测其是否与场景中的物体相交。相交检测通常使用射线与物体之间的求交算法，如球体求交、三角形求交等。\n\n3. 着色计算：如果光线与物体相交，算法会计算相交点的颜色。这通常涉及到对物体表面的材质、纹理、光照等属性的计算。常见的着色模型包括兰伯特、菲涅尔、镜面反射等。\n\n4. 光照计算：对于每个相交点，算法会计算其所受到的直接光照和间接光照。直接光照来自于光源的照射，而间接光照来自于场景中其他物体的反射、折射等。\n\n5. 递归追踪：对于每个相交点，算法可以继续发射新的光线，以追踪场景中的间接光照。这个过程可以通过反射、折射、阴影等方法实现。\n\n6. 最终像素颜色计算：对于每个像素点，算法会将所有光线的颜色进行累加，得到最终的像素颜色。\n\n通过上述步骤，光线追踪算法可以生成高质量的逼真图像。然而，由于光线追踪算法的计算复杂度较高，因此通常需要借助硬件加速和优化技术，如并行计算、空间数据结构等，以提高算法的效率。