光线跟踪及其加速算法的研究

论文摘要

光线跟踪技术综合考虑了模拟光源和环境入射光在物体表面产生的镜面反射、折射和阴影,该技术出现以来,就一直是计算机真实感图形生成的主要方法之一。由于该算法原理简单,实现方便,且能生成各种逼真的视觉效果,因而在CAD及图形学各个领域得到了广泛的应用。特别是随着虚拟现实技术和虚拟制造技术的发展,作为生成真实感图形的主要算法之一光线跟踪算法显得尤为重要。但也对光线跟踪算法的速度提出更高的要求。本文以光线跟踪算法的加速为侧重点,在光照模型中讨论了基于辐射度Phong模型的高级光照模型的一种加速算法;针对求交问题,本文重点讨论了光线与面片、光线与球体以及光线与长方体的求交加速算法;在光线跟踪加速技术中重点论述了常用的包围盒技术和八叉树技术,并提出了改进算法;最后通过一实例对光线跟踪算法进行了模拟。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究目的和意义
• 1.2 光线跟踪技术的研究状况
• 1.3 本文的工作安排
• 第二章 光照模型
• 2.1 颜色的表示
• 2.2 局部光照明模型
• 2.2.1 Lambert漫反射模型
• 2.2.2 Phong模型
• 2.2.3 简单透明模型
• 2.3 Whitted整体光照明模型
• 2.4 基于辐射度与Pong模型的高级光照模型
• 2.4.1 基于辐射度与Pong模型的高级光照模型
• 2.4.2 光照模型的一种加速算法
• 2.5 小结
• 第三章 光线跟踪
• 3.1 光线跟踪的基本原理
• 3.2 光线与物体的求交
• 3.2.1 光线与多边形的快速求交
• 3.2.2 光线与长方体的快速求交
• 3.2.3 光线与球体的快速求交
• 3.3 反射与折射方向
• 3.4 光线跟踪中的阴影生成
• 3.5 小结
• 第四章 光线跟踪算法的加速技术
• 4.1 层次包围盒技术
• 4.1.1 层次包围盒技术
• 4.1.2 改进的层次包围盒算法
• 4.1.3 平行2n面体层次包围盒技术
• 4.2 内包围盒技术
• 4.2.1 内包围盒算法描述
• 4.2.2 内包围盒算法的改进
• 4.3 空间八叉树剖分技术
• 4.3.1 常见的八叉树剖分方法
• 4.3.2 紧凑八叉剖分算法
• 4.4 自适应深度控制
• 4.5 三维DDA算法
• 4.6 小结
• 第五章 具体实现
• 5.1 程序开发平台及工具
• 5.2 程序设计
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 本人的研究成果
• 附录