基于加速算法的光線跟蹤渲染器的設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、渲染器是3D引擎和動畫電影制作軟件的核心部分，用于將3D物體繪制到平面上。因為光線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節(jié)點在若干個區(qū)間中出現(xiàn)的次數(shù)，其查找時間具有對數(shù)級別的時間復(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，同時在基于空間管理上來

3、加速判斷物體間是否需要進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。
　　加速算法實現(xiàn)后借助光線跟蹤渲染器進行測試，并與Turner Whitted渲染算法相比較。測試涵蓋了兩個指標，第一個是測試不同采樣率下兩種算法的渲染速度，第二個是渲染在不同復(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場景內(nèi)分散較均勻的情況下加速算法渲染