基于Ray Tracing的《计算机图形学》实验教学研究

真实感图形学是计算机图形学的重要研究方向之一,主要研究如何使用计算机模拟真实场景,生成真假难辨的画面。但是,目前高校《计算机图形学》的教学内容常以简单画面的绘制为主,忽略了有关真实感绘制的内容。文中针对真实感图形学,根据真实感绘制中常用的光线跟踪算法设计教学实验,以加强学生对真实感图形学的了解。实验涉及场景光照明模型与几何求交等知识,可以培养学生研究问题和解决问题的能力。

快速光线跟踪算法

在三维真实感图形生成过程中时间与空间的平衡问题上,给出了一种新的光线跟踪的快速算法——轴向交非法,这种办法把场景中的物体沿三个轴向分裂、排序,以很少的内存开销,实现了对场景空间的任意分割与快速求交。通过实验,初步建立了一个微机三维真实感图形生成与显示系统,显示的图形真实感强,图形生成速度比一般的包围体法提高近一个数量级。

基于光线跟踪算法的真实感图形的生成

随着科技的进步,真实感图形的生成技术被广泛应用。真实感图形是将实际或者虚拟的场景在计算机中构建,在生成真实感图形的算法中,光线跟踪算法是最常用的一种。在光线跟踪算法中,本文主要论述了光线跟踪算法的基本原理、光线与物体的求交、反射与折射光线的确定以及包围体树。重点是在光线跟踪算法中折射光线的确定之处加入了自己的方法,改进了折射光线的计算公式,减少了计算量,提高了算法的绘制图像的速度,生成的图形也比较真实。

曲面环境的一般辐射度方法

基于两微面元间的能量传递理论,本文提出了一种适用于曲面环境的一般辐射度方法.与传统辐射度方法不同的是,本方法假定每一面片上的辐射度是变化的,并引入双线性插值将辐射度系统方程中未知数转化为各面片顶点处的辐射度,从而建立起一整套辐射度系统方程.同时,该一般辐射度方程被拓广至非漫射环境,并导出了一组描述多重镜面和透明面间光能传递的递推公式.理论分析与实验结果证明该方法具有很大的潜力.

直线与Bzier曲面求交的分割迭代综合法

本文所介绍的适合光线跟踪算法的直线与B(?)zier曲面求交的方法,采用了空间一般位置的圆柱和长方体作为曲面包围盒,并综合利用了分割法的稳定性和牛顿迭代法的效率,从而加快了用光线跟踪技术生成Bzier曲面的真实感图形的速度。