真實(shí)感虛擬場(chǎng)景中光線(xiàn)跟蹤算法的應(yīng)用與改進(jìn)的中期報(bào)告

真實(shí)感虛擬場(chǎng)景中光線(xiàn)跟蹤算法的應(yīng)用與改進(jìn)的中期報(bào)告摘要：本文旨在介紹真實(shí)感虛擬場(chǎng)景中光線(xiàn)跟蹤算法的應(yīng)用與改進(jìn)的中期報(bào)告。首先介紹了光線(xiàn)跟蹤的基本原理，并探討了其在真實(shí)感虛擬場(chǎng)景中的重要性。接著介紹了當(dāng)前流行的光線(xiàn)跟蹤算法，例如路徑追蹤、BDPT和光子映射等，并對(duì)其進(jìn)行了比較和分析。最后，討論了改進(jìn)光線(xiàn)跟蹤算法的思路和計(jì)劃，包括使用機(jī)器學(xué)習(xí)方法優(yōu)化采樣、改進(jìn)GI算法等。一、光線(xiàn)跟蹤算法的基本原理光線(xiàn)跟蹤是一種模擬光線(xiàn)在場(chǎng)景中的傳播方式，以計(jì)算視線(xiàn)中每個(gè)像素的顏色和亮度。通常使用遞歸的方法，從相機(jī)發(fā)射一條光線(xiàn)，經(jīng)過(guò)場(chǎng)景中的各種物體的反射、折射等過(guò)程，最終到達(dá)光源或被吸收。這個(gè)過(guò)程被稱(chēng)為光線(xiàn)追蹤，它可以計(jì)算出每個(gè)像素的顏色和亮度，形成一個(gè)圖像。二、光線(xiàn)跟蹤算法在真實(shí)感虛擬場(chǎng)景中的應(yīng)用在真實(shí)感虛擬場(chǎng)景中，光線(xiàn)跟蹤算法具有重要的應(yīng)用。其主要優(yōu)勢(shì)是能夠準(zhǔn)確地計(jì)算光線(xiàn)在場(chǎng)景中的傳播方式，從而得到真實(shí)的光照效果、陰影和反射。這種方法可以模擬現(xiàn)實(shí)生活中光線(xiàn)在物體表面的反射和折射過(guò)程，使得虛擬環(huán)境更加真實(shí)。三、當(dāng)前流行的光線(xiàn)跟蹤算法1.路徑追蹤路徑追蹤是一種基于蒙特卡洛方法的光線(xiàn)跟蹤算法。它從相機(jī)出發(fā)，沿著隨機(jī)選取的路徑進(jìn)行反射、折射和吸收，最終計(jì)算出每個(gè)像素的顏色和亮度。路徑追蹤算法能夠處理多次反射、折射和散射，因此可以模擬真實(shí)場(chǎng)景中的光線(xiàn)傳播效果。2.雙向路徑跟蹤(BDPT)雙向路徑跟蹤是一種基于路徑追蹤算法的改進(jìn)。它不僅考慮了從相機(jī)到光源的光線(xiàn)傳播，還考慮了從光源到相機(jī)的光線(xiàn)傳播。這樣可以避免路徑追蹤算法中的一些偏差，如樣本數(shù)量不足和路徑長(zhǎng)度太長(zhǎng)等問(wèn)題。3.光子映射(PhotonMapping)光子映射算法是一種基于光子傳輸?shù)墓饩€(xiàn)跟蹤算法。在該算法中，光線(xiàn)首先被跟蹤，然后通過(guò)預(yù)處理，將光線(xiàn)保存在場(chǎng)景中的特定位置，稱(chēng)為光子圖。隨后，相機(jī)發(fā)出的光線(xiàn)從光子圖中提取出光子，從而計(jì)算像素的顏色和亮度。四、改進(jìn)的思路和計(jì)劃為了提高光線(xiàn)跟蹤算法的效率和準(zhǔn)確性，有必要進(jìn)行改進(jìn)。一些可能的改進(jìn)方法包括：1.使用機(jī)器學(xué)習(xí)方法優(yōu)化采樣隨機(jī)采樣是光線(xiàn)跟蹤算法中很重要的一個(gè)步驟。然而，并不是所有的樣本都是有用的。因此，可以使用機(jī)器學(xué)習(xí)方法進(jìn)行樣本選擇和優(yōu)化采樣。2.改進(jìn)GI算法全局光照(GlobalIllumination，GI)是光線(xiàn)跟蹤算法中精度的決定因素之一。因此可以考慮使用更高效的GI算法，如輻射傳輸(RadianceTransfer)等。3.使用GPU加速GPU并行計(jì)算能夠極大地提高光線(xiàn)跟蹤算法的速度?？梢钥紤]使用CUDA或OpenCL等技術(shù)，優(yōu)化算法的計(jì)算速度。參考文獻(xiàn)：1.Shirley,P.(2009).Realisticraytracing.CRCPress.2.尤福平,等.(2018).光子映射在實(shí)時(shí)光照下的實(shí)現(xiàn).計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì),39(6),1553-155