一、光线追踪简介

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　　光线追踪技术是目前计算机图形学领域的一项热门技术，它被应用于游戏、CG制作等领域，以提供真实渲染效果，极大地提高了渲染图像的真实感。

　　光线追踪技术顾名思义，就是追踪每一条光线的传播路径，以此来确定光线是否照射到一个物体上并确定该处的颜色。由于光源发出的光线数目是无数的，所以不可能所有的光线都追踪一遍。但是在这些光线中，实际发挥作用的光线是那些最终会发射到我们眼睛中的光线，这些光线反映了我们视觉范围内的物体的颜色。

　　在计算机图形学中，相机就是我们的眼睛，而显示器显示的图像就是这个相机看到的图像，这个图像由一个个像素点构成，因此我们要追踪的光线就是那些通过了图像的像素点并反射到相机中的光线，因为这些光线决定了像素点的颜色。那怎么确定哪些光线是沿着这条路径反射到相机中的呢？答案是利用光路可逆的原理。我们可以反向追踪那些反射到屏幕每个像素上的光线，即相当于从相机向每个像素点发射一条光线，通过追踪这条光线的路径就可以实现相同的效果。

经典的光线追踪示例

 

 二、用例图

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光线追踪系统为开发者提供的服务包括编辑场景、设置画面质量、渲染场景三大类。

编辑场景提供的服务可细分为在场景中添加物体，设置其位置；删除物体；设置物体的材质，包括金属、玻璃等材质；设置光源的位置以及光源发出的光线颜色。

设置画面质量包括设置阴影质量，即光线的追踪深度；调整抗锯齿，设置多重采样的次数。

渲染场景即将各渲染资源和渲染命令绑定到渲染流水线进行渲染，最终输出渲染画面。

 

三、业务领域建模

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整个系统大致可以分为四个主要的类：相机、光线、物体、材质。

相机类包含了观察位置、观察范围与观察的中心点以及显示区域的大小，这样就确定了屏幕要显示的内容。此外相机负责产生光线，根据抗锯齿的设置会产生不同数量的光线。

光线类包含了光线的起点、传播方向和颜色。颜色表示光线的颜色。

物体类包含了物体的顶点信息、各个面的绘制顺序、物体材质。顶点的绘制顺序决定面的法线方向，从而影响面的可见性。物体类还需要提供判断光线是否与物体的面相交的方法，如果相交，还要根据材质进行对应的反射或折射。

材质类包含了材质的名称和衰减。衰减确定了材质对光线的吸收情况，从而确定使用该材质的物体的颜色。由材质提供光线的散射方法，该方法确定了光线在该材质上的散射方式，如镜面反射、漫反射等。通过散射方法还会改变散射光线的颜色，以此计算光线在不同材质间散射后到达每个像素的颜色。

 

四、数据建模

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 　　以下为系统的数据模型：

 

 

五、概念原型

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概念是人对能代表某种事物或发展过程的特点及意义所形成的思维结论。

概念原型是一种虚拟的、理想化的软件产品形式。

通过用例和数据模型即可得到概念原型。

在理想情况下，本系统的工作流程：

开发者进入系统->对场景进行编辑->设置光源信息->调整渲染可选的设置->进行渲染->输出渲染画面。

 

参考：

https://gitee.com/mengning997/se/tree/master/ppt

 

标签：光线,渲染,--,物体,概念模型,相机,材质,追踪
来源： https://www.cnblogs.com/LiJin19971112/p/14090579.html