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光线投射算法

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- 1 - 光线投射算法

光线投射算法是用来研究物体在光照条件下表现出的结构和形状的一种计算机图形学技术。这种技术是用来模拟三维空间中投射到二维屏幕上的光线，从而准确地实现深度信息和细节信息的绘制和表示。这种算法可以更高效地表示复杂的三维场景，其原理主要是：在三维空间的多边形类型的物体中，将每个多边形折叠成一系列的点，然后将这些点映射到二维屏幕上，在屏幕上可以看到多边形的实际影像。

光线投射的最重要的组成部分是光线跟踪，可以用来模拟多边形重叠、光线衰减等效果。它在考虑光线路径的同时，还考虑运动--移动物体在投射后的图像中所产生的影响。因此，它可以更加精确地模拟光线反射和衰减，从而获得更加逼真的影响，提供更加有效的和准确的结果。

此外，光线投射算法还可以模拟出不同类型的材质，比如金属、塑料、皮革等，从而获得更具有实时性和质感的表现。由于光线投射可以精确地模拟出各种光线运动和反射，它也可以用来精确地计算不同材质下的反射和衰减结果，从而使得模拟出来的效果更加逼真。

不仅如此，光线投射算法还可以用来模拟出差别复杂的纹理，通过对材质的不同控制，可以制作出较为完整的图像。此外，由于光线投射技术的准确性，因此可以实现更快的渲染过程，从而提高渲染效率，更高效地实现渲染。 - 2 - 最后，光线投射算法作为三维图形图像渲染技术，已经成为三维图形图像表现中重要的一环，受到越来越多的人的关注和使用。它的准确性和先进性拓宽了三维图形的表现范围，让人们有了更多的选择，也使游戏制作更加细腻、丰富。

因此，光线投射算法受到广泛的使用，一般应用于游戏开发、虚拟现实等领域，为我们的视觉体验带来了非常大的改进。

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关于光线投射算法的OpenGL高效实现

关于光线投射算法的OpenGL高效实现

第３７卷第４期　２００８年７月　电子科技大学学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆＣｈｉｎａ　、，ｏｌ３７　Ｎｏ．４　Ｊｕ１．２００８　

关于光线投射算法ｆｌ￣ＯｐｅｎＧＬ高效实现　

解梅，景孝凯　

（电子科技大学电子工程学院成都６１００５４）　

【摘要】采用光线投射算法对二维（２Ｄ）图片实现三维（３Ｄ）重建，用３线性插值算法计算每个采样点的颜色值和不透明度，　提高三维重建图像后的精度。该算法实现主要借助于ＯｐｅｎＧＬ￣库及其三维观察矩阵，以其精确计算规则三维数据场在观察　方向上的二维投影区域，减少了光线投射算法中投射光线数量。根据Ｐｈｏｎｅ光照模型为数据场预先计算和保存明暗表，并通过　优化常规现实代码，有效地提高了光线投射体绘制算法的效率。该算法既保证了精度，又提高了显示的速度。　关键词三维重建；ＯｐｅｎＧＬ：光线投射算法；变化矩阵：３线性插值；可视化；体绘制　中图分类号ＴＰ３９１　文献标识码　

ＯｐｅｎＧＬ　Ｅｆｆｅｅｔｉｖｅ　Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｒａｙ　Ｃａｓｔｉｎｇ　Ｖｏｌｕｍｅ　Ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ　Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　

ＸＩＥ　Ｍｅｉ　ａｎｄ　ＪＩＮＧ　Ｘｉａｏ—ｋａｉ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｕｎｉｖｅｎ；｛ｔｙ　ｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆＣｈｉｎａ　Ｃｈｅｎｇｄｕ　６１００５４）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｕｓｅ　ｍａｉｎｌｖ　ｒａｙ　ｃａｓｔｉｎｇ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｔｏ　ｃｏｎｖｅａ　ｔｈｅ　２Ｄ　ｉｍａｇｅ　ｔｏ　３Ｄ　ｉｍａｇｅ．Ｗｅ　ｕｓｅ　ｔｒｉ－ｌｉｎｅａｒ　ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｔｏ　ｃａｌｃｕｌａｔｅ　ｔｈｅ　ｃｏｌｏｒ　ａｎｄ　ｏｐａｃｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓａｍｐｌｉｎｇ　ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ｏｆ　３　Ｄ　ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｃａｃｕｌａｔｅｓ　ｔｈｅ　ａｃｃｕｒａｔｅ　ｐｒｏｊｅｃｔｉｖｅ　ｒｅｇｉｏｎ　ｏｆ　３Ｄ　ｒｅｇｕｌａｒ　ｄａｔａ　ｆｉｅｌｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ＯｐｅｎＧＬ　ｌｉｂｒａｒｙ　ａｎｄ　ｉｔｓ　３Ｄ　ｖｉｅｗ　ｍａｔｒｉｃｅｓ．Ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｔｌｙ　ｉｔ　ｒｅｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ａｍｏｕｎｔ　ｏｆ　ｒａｙｓ　ｉｎ　ｒａｙ　ｃａｓｔｉｎｇ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ．　Ｔｈｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｌｓｏ　ｃｏｍｐｕｔｅｓ　ｓｈａｄｉｎｇ　ｔａｂｌｅｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｄａｔａ　ｆｉｅｌｄ　ｉｎ　ａｄｖａｎｃｅ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｌｉｇｈｔ　ｏｆ　ｐｈｏｎｅ　ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅ１．Ｉｎ　ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｒｅｇｕｌａｒ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｃｏｄｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ａｒｅ　ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ．Ｔｈｅｓｅ　ｓｔａｔｅｇｉｅｓ　ＷＯｒｋ　ｔｏｇｅｔｈｅｒ　ｔｏ　ｓｐｅｅｄ　ｕＤ也ｅ　ｒａｙ　ｃａｓｔｉｎｇ　ｖｏｌｕｍｅ　ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｎｏｔ　ｏｎｌｙ也ｅ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ｏｆ　３Ｄ　ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｂｕｔ　ａｌｓｏ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｏｆ　３Ｄ　ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　３Ｄ　ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ：　ＯｐｅｎＧＬ：　ｒａｙ　ｃａｓｔｉｎｇ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ；　ｔｒａｎｓｆｏＨｎ　ｍａｔｒｉｘ；　ｔｒｉ—ｌｉｎｅａｒ　ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ；ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ；ｖｏｌｕｍｅ　ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ　

针对类球形对象的改进光线投射算法

针对类球形对象的改进光线投射算法

２０１２年８月　第３３卷第８期　计算机工程与设计　

ＣＯＭＰＵＴＥＲ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　ＡＮＤ　ＤＥＳＩＧＮ　Ａｕｇ．２０１２　Ｖｏ１．３３　Ｎｏ．８　

针对类球形对象的改进光线投射算法　

孙劲光，杨新年＋，李扬　

（辽宁工程技术大学电子与信息工程学院，辽宁葫芦岛１２５１０５）　

摘要：为提高光线投射算法的绘制速度和图像绘制质量，提出了一种针对类球形对象的改进光线投射算法。该算法首先　

设置球形包围盒的方法剔除对最后绘图结果没有影响的光线投射，用快速求交的方法来提高获取采样点的速度，通过自适　

应采样的方法加入新的采样点来提高绘制图像的质量。实验结果表明该算法不仅比传统方法绘制出的图像质量清晰，并且　

提高了算法的执行速度。　

关键词：体绘制；光线投射；球形包围盒；自适应；体数据；类球形　

中图法分类号：ＴＰ３９１　文献标识号：Ａ　文章编号：１０００－７０２４（２０１２）０８—３２３９—０５　

Ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｒａｙ－ｃａｓｔｉｎｇ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｆｏｒ　ｓｐｈｅｒｉｃａｌ　ｏｂｊ　ｅｃｔｓ　

ＳＵＮ　Ｊｉｎ－ｇｕａｎｇ，ＹＡＮＧ　Ｘｉｎ－ｎｉａｎ＋，ＬＩ　Ｙａｎｇ　

（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ａｎｄ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈｕｌｕｄａｏ　１２５１０５，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ　ｓｐｅｅｄ　ａｎｄ　ｒａｙ　ｃａｓｔｉｎｇ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ　ｉｍａｇｅ，ａｎ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｒａｙ－ｃａｓｔｉｎｇ　

ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｆｏｒ　ｓｐｈｅｒｉｃａｌ　ｏｂｊｅｃｔｓ　ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｆｉｒｓｔ　ｒｅｍｏｖｅｓ　ｔｈｅ　ｌｉｇｈｔ　ｔｈａｔ　ｄｏ　ｎｏｔ　ａｆｆｅｃｔ　ｔｈｅ　ｆｉｎａｌ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｂｙ　ｓｅｔｔｉｎｇ　ｓｐｈｅｒｉｃａｌ　ｂｏｕｎｄｉｎｇ　ｂｏｘ，ａｎｄ　ｔｈｅｎ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｔｈｅ　ｓｐｅｅｄ　ｏｆ　ｇｅｔｔｉｎｇ　ｓａｍｐｌｉｎｇ　ｐｏｉｎｔｓ　ｂｙ　ｒａｐｉｄ　ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄ　ｆｉｎａｌｌｙ　ａｄｄ　ｎｅｗ　

平行流形空间光线投射高度场可视化算法

平行流形空间光线投射高度场可视化算法

第２５卷第３期　２０１３年３月　计算机辅助设计与图形学学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ—Ａｉｄｅｄ　Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｇｒａｐｈｉｃｓ　Ｖｏｌ｜２５　Ｎｏ．３　Ｍａｒ．２Ｏ１３　

平行流形空间光线投射高度场可视化算法　

罗健欣，胡谷雨，倪桂强　

（解放军理工大学全军军用网络技术重点实验室南京２１０００７）　

（Ｉｕｏｊｉａｎｘｉｎ５５５＠１６３．ｃｏｍ）　

摘要：为了解决球形域上高度场可视化的难题，设计了一个快速的光线投射球形高度场可视化渲染系统．其主要　

贡献包括：光线在曲线表面行进的正确数学模型；在球形表面进行光线投射的一组精确的解析解；在多个流形空间　

平行迭代的光线投射算法——平行流形空间光线投射算法；一种使用缓存于ＧＰＵ上的同一网格来渲染所有四叉树　

节点的技巧．实验结果表明，该系统不仅高效而且可以获得很高的图像质量．　

关键词：高度场；光线投射；混合渲染；四叉树　

中图法分类号：ＴＰ３９１　

Ｐａｒａｌｌｅｌ　Ｍａｎｉｆｏｌｄ　Ｓｐａｃｅ　Ｒａｙ　Ｃａｓｔｉｎｇ　ｆｏｒ　Ｈｅｉｇｈｔ　Ｆｉｅｌｄ　Ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ　

Ｌｕｏ　Ｊｉａｎｘｉｎ，Ｈｕ　Ｇｕｙｕ，ａｎｄ　Ｎｉ　Ｇｕｉｑｉａｎｇ　

（Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｍｉｌｉｔａｒｙ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＰＬＡ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　８Ｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１０００７）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｎｏｖｅｌ　ｐａｒａｌｌｅｌ　ｍａｎｉｆｏｌｄ　ｓｐａｃｅ　ｒａｙ　ｃａｓｔｉｎｇ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｔｏ　ｖｉｓｕａｌｉｚｅ　ｔｈｅ　ｈｅｉｇｈｔ　ｆｉｅｌｄ　

ｏｎ　ａ　ｓｐｈｅｒｉｃａｌ　ｄｏｍａｉｎ．Ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ　ｉｎｃｌｕｄｅ：ａ　ｍａｔｈｅｍａｔｉｃ　ｍｏｄｅｌ　ｆｏｒ　ｍａｒｃｈｉｎｇ　ｒａｙｓ　ｉｎ　ｃｕｒｖｅｄ　

基于光线投射的全GPU实现的地形渲染算法

基于光线投射的全GPU实现的地形渲染算法

第２７卷第２期　计算机仿真　２０１０年２月　

文章编号：１００６～９３４８（２０ｌＯ）Ｏ２—０２２６—０５　

基于光线投射的全ＧＰＵ实现的地形渲染算法　

刘小聪，杨新　

（上海交通大学图像处理与模式识别研究所，上海２００２３０）　

摘要：地形渲染算法需要处理大量的地形及纹理数据，影响三维动画显示的流畅性和性能提高。随着ＧＰＵ绘制能力提高，　

ＣＰＵ与ＧＰＵ的负载失衡逐渐成为制约性能提高的瓶颈。结合现代ＧＰＵ体系结构，在ＧＰＵ上实现了基于光线投射（Ｒａｙ　Ｃａｓｔｉｎｇ）的地形渲染算法。算法简化了Ｒａｙ　Ｃａｓｔｉｎｇ算法，把ＬＯＤ策略和预裁剪统一到ＧＰＵ中实现，保证了ＣＰＵ和ＧＰＵ之　间的负载平衡，同时简化了应用程序的编制。为获得较好效果，还采用查找表（Ｌｏｏｋｕｐ—Ｔａｂｌｅ）的实时纹理合成算法合成纹　

理，进一步降低了ＣＰＵ处理纹理数据的开销。实验表明，本文算法不仅充分利用了ＧＰＵ的处理能力，还降低了ＣＰＵ负载，　提高了动态三维重建的帧刷新率，并获得较逼真的渲染效果。　关键词：地形渲染；图形处理单元；光线投射；细节层次；顶点纹理；实时纹理合成　中图分类号：ＴＰ３９１．９　文献标识码：Ｂ　

Ｒａｙ　Ｃａｓｔｉｎｇ　Ｂａｓｅｄ　Ｔｅｒｒａｉｎ　Ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ　Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　

Ｆｕｌｌｙ　Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ　ｗｉｔｈ　ＧＰＵ　

ＬＩＵ　Ｘｉａｏ—ｃｏｎｇ．ＹＡＮＧ　Ｘｉｎ　

（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｉｍａｇｅ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ａｎｄ　Ｐａｔｔｅｒｎ　Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ，Ｊｉａｏ　Ｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２００２３０，Ｃｈｉｎａ）　

ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔｅｒｒａｉｎ　ｒｅｎｄｅｒ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｐｌａｙｓ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｒｏｌｅ　ｉｎ　ｆｌｉｇｈｔ　ａｎｄ　ｓｈｉｐ　ｓｉｍｕｌａｔｏｒ．Ｔｅｒｒａｉｎ　ｒｅｎｄｅｒ　ａｌｇｏ—　

ｒｉｔｈｍ，ｗｈｉｃｈ　ｎｅｅｄｓ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｌａｒｇｅ　ａｍｏｕｎｔ　ｏｆ　ｔｅｒｒａｉｎ　ａｎｄ　ｔｅｘｔｕｒｅ　ｄａｔａ，ａｌｗａｙｓ　ｃａｕｓｅｓ　ｓｃｅｎｅ　ｒｅｎｄｅｒｅｄ　ｕｎ—ｆｌｕｅｎｔｌｙ．　Ｓｉｎｃｅ　ｍｏｄｅｒｎ　ＧＰＵ　ｈａｓ　ａ　ｐｏｗｅｒｆｕｌ　ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ　ａｂｉｌｉｔｙ，ｔｈｅ　ａｎ—ｂａｌａｎｃｅ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ＣＰＵ　ａｎｄ　ＧＰＵ　ｈａｓ　ｂｅｃｏｍｅ　ａ　ｂｏｔｔｌｅ－