基于加速算法的光線跟蹤渲染器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、渲染器是3D引擎和動(dòng)畫電影制作軟件的核心部分，用于將3D物體繪制到平面上。因?yàn)楣饩€跟蹤算法綜合考慮了各種模擬光源和環(huán)境入射光等在不同材質(zhì)的物體表面產(chǎn)生的反射、折射和陰影現(xiàn)象，所以其成為了一種最主要的渲染算法技術(shù)，并在大量的渲染器中得到了應(yīng)用。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和虛擬制造技術(shù)的發(fā)展，渲染器也將對光線跟蹤算法渲染速度提出更高的要求。
　　在研究中，引入線段樹和包圍盒技術(shù)來實(shí)現(xiàn)光線跟蹤的加速算法。線段樹是一棵區(qū)間管理樹，能將一段區(qū)間劃分為

2、許多段小區(qū)間，同時(shí)線段樹又是一棵平衡二叉樹，它保證了其左右子樹所管理的區(qū)間大小相平衡。使用線段樹可以快速的查找某一個(gè)節(jié)點(diǎn)在若干個(gè)區(qū)間中出現(xiàn)的次數(shù)，其查找時(shí)間具有對數(shù)級別的時(shí)間復(fù)雜度。因此可以借鑒線段樹管理數(shù)據(jù)并能加速數(shù)據(jù)查找的能力，將線段樹管理數(shù)據(jù)的維度擴(kuò)展至3維空間中，將這種新數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)加入到渲染器中，可大幅增加光線跟蹤算法的渲染速度。同時(shí)在圖形學(xué)中，AABB包圍盒能極大程度的簡化物體相交性檢測的過程提高檢測速度，同時(shí)在基于空間管理上來

3、加速判斷物體間是否需要進(jìn)行相交性檢測也能在一定程度上加速跟蹤算法。因此，將以上兩種思想加以結(jié)合就可以大大加速光線跟蹤算法的渲染速度。
　　加速算法實(shí)現(xiàn)后借助光線跟蹤渲染器進(jìn)行測試，并與Turner Whitted渲染算法相比較。測試涵蓋了兩個(gè)指標(biāo)，第一個(gè)是測試不同采樣率下兩種算法的渲染速度，第二個(gè)是渲染在不同復(fù)雜度的場景下兩種算法的渲染速度。測試結(jié)果表明，在場景中所需要渲染的物體較多且物體在整個(gè)場景內(nèi)分散較均勻的情況下加速算法渲染