一种基于光线相关性的快速光线跟踪算法

在分析和比较现有光线跟踪快速求交算法的基础上，基于光线相关性研究和探索了逐步细分光线跟踪算法，以减少光线求交次数。本方法为实时生成真实感图形提供了一条很有潜力的实现途径。     

基于狭义相对论的新光线跟踪算法

传统计算机图形学绘制算法建立在经典牛顿力学基础上，无法模拟高速运动物体的独特视觉现象．本文按照狭义相对论原理，应用Java面向对象技术，构造了惯性参照系、摄像机、物体、光源、材料和纹理等新的场景对象．通过创建求交、跟踪、照射、测试和阴影等虚拟光线事件，方便地实现了融时空伸缩和多谱勒效应于一体的新光线跟踪算法．揭示了摄像机、物体和光源处于多个不同惯性参照系时的相对论全方位反射、折射和阴影等全新的光照效果．     

光线追踪等价划分反锯齿算法

为了解决图形处理过程中出现的锯齿问题,本文提出了一种高效的光线追踪等价划分反锯齿算法。算法通过计算相邻像素采样点间颜色偏差,对偏差超过阈值的边界采样点进行递归划分为更小的不规则区域,对偏差小于阈值的采样点不进行分解,用中点颜色取代区域颜色,保证反锯齿效果同时减少采样点的个数。进过仿真实验表明本文算法反锯齿效果与超采样反锯齿效果相同,但采样点数减少39.70%,计算效率提高43.26%。     

多面体光线跟踪的两种快速算法

本文提出了适用于凸，凹多面体光线跟踪的两种快带算法。     

基于突变策略改进的Metropolis光线追踪算法

由于Metropolis光线追踪是在对最终图像贡献更大的有效路径邻近区域进行路径突变,因此很容易使路径采样陷入局部性。为使路径采样更好地遍历路径空间,本文对Metropolis光线追踪中路径突变策略进行改进,根据当前路径的贡献来决定是继续在当前路径邻近区域进行路径突变,还是随机产生新的路径作为初始路径样本。实验表明,相对于Metropolis光线追踪算法和PSSMLT（Primary Sample Space Metropolis Light Transport）算法,改进算法在可接受时间范围内,能更好遍历路径空间,并且能生成噪声更小的图像。     

光线追踪显示体数据的新求交算法

本文就利用光线追踪方法完成的体绘制提出一种新的求交算法，此算法与以前的求交算法有本质上的不同，求交过程不再是相对于ＣＥＬＬ进行求交，而是直接相对于ｘ，ｙ，ｚ族平面直接进行求交，故此算法所需的运算量相以地于其它算法是非常小的，而且可以直接控制求交顺序而无需排序，这样得到的求交结果对于反续的运算是极方便的，由分析求交过程可以方便的得到交点所对应的ＣＥＬＬ标号，这又方便了颜色向量，隐匿因子的积累、结合等     

基于CUDA的光线追踪优化算法研究与实现

在三维场景仿真过程中,为了实现真实的光影效果,通常采用光线追踪法对场景进行渲染。光线追踪算法的核心过程是光线与场景中的片元进行相交测试,而对于一个复杂的场景,该过程计算量非常大。为了改善光线追踪算法的计算速度问题,实现一种基于CUDA(Compute Unified Device Architecture)的光线追踪算法。该算法利用GPU的并行处理能力同时结合KD-Tree加速相交测试过程,最终提高仿真场景的渲染速度。通过实验表明,该算法的KD-Tree创建性能相比传统方法提升约20%,光线追踪性能提升约6倍。     

利用3维重建技术进行线框模型消隐的算法

本文利用３维重建技术，提出了由线框模型得到表面信息的算法，从而实现了线框模型的消隐。在消隐部分，本文采用的是一种新的隐面消除方法。     

基于物理的分布并行光线追踪算法

基于物理的光线追踪算法用于从三维场景模型生成逼真的二维图像,光线追踪渲染较为耗时,所以如何提高算法的效率成为研究热点。针对斯坦福大学经典的多线程光线追踪引擎--PBRT,考虑任务划分粒度和负载均衡等因素,基于两级任务划分体系,提出了动态自适应分布式并行光线追踪算法。实验中在保证高质量图像生成的前提下,使用80个CPU核时,改进算法比PBRT原算法获得了近乎线性的加速比。实验结果表明改进算法具有良好的效率和扩展性,能够有效地用于光线追踪成像,提高光线追踪成像效率。     

Interactive Rendering with Coherent Ray Tracing

For almost two decades researchers have argued that ray tracing will eventually become faster than the rasterization technique that completely dominates todays graphics hardware. However, this has not happened yet. Ray tracing is still exclusively being used for off-line rendering of photorealistic images and it is commonly believed that ray tracing is simply too costly to ever challenge rasterization-based algorithms for interactive use. However, there is hardly any scientific analysis that supports either point of view. In particular there is no evidence of where the crossover point might be, at which ray tracing would eventually become faster, or if such a point does exist at all.
This paper provides several contributions to this discussion: We first present a highly optimized implementation of a ray tracer that improves performance by more than an order of magnitude compared to currently available ray tracers. The new algorithm make better use of computational resources such as caches and SIMD instructions and better exploits image and object space coherence. Secondly, we show that this software implementation can challenge and even outperform high-end graphics hardware in interactive rendering performance for complex environments. We also provide an brief overview of the benefits of ray tracing over rasterization algorithms and point out the potential of interactive ray tracing both in hardware and software.     

分子可视化中的光线追踪棋盘渲染

在分子可视化中使用光线追踪渲染图像能够极大地促进研究人员对分子结构的观察和感知,但现有的光线追踪方法存在实时性能不足以及渲染质量不佳的问题.文中提出了一种光线追踪棋盘渲染方法.该方法利用棋盘渲染技术对光线追踪方法进行优化,其流程主要划分为重投影、渲染、重建和孔填充4个阶段,在各阶段中,提出了针对棋盘渲染的改进,包括光线...     

基于旋转曲面场景的快速光线跟踪算法

针对旋转曲面场景提出一种基于综合包围盒技术快速光线跟踪算法。根据二次曲线的局部单调性原理,将母线划分成多个单调区间,连接所有单调区间构造一棵二叉树,在光线跟踪阶段对每个单调区间再剖分,得到的子区间作为二叉树的叶子节点,使用综合包围壳方法为每个子区间计算合适的包围壳。实验结果表明该算法对旋转曲面场景逼近程度好,绘制的图形质量高,平均绘制速率比Kajiya传统算法提高40％。     

基于改进光线投射算法的体数据显示

光线投射算法属于直接体绘制（DVR）中应用比较广泛的算法,其优点是绘制质量高,但是存在采样点计算量大,绘制速度慢的问题.针对这一问题,本文利用投射光线在物空间的传递性质,提出了一种改进的计算采样点位置的算法,加快采样点的获取速度,提高图像三维重建的效率.该算法在PC机平台上得到了实现,不仅在图像质量上得到保证而且绘制速度又有很大提高,为图像的三维重建提供了有效的手段.     

基于光线投射的全GPU实现的地形渲染算法

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。     

动态低采样环境光遮蔽的实时光线追踪分子渲染

分子可视化工作中高质量的分子渲染效果对研究人员观察生物分子结构尤为重要.主流分子可视化工具中常用的光栅化方法渲染效果不佳,不利于研究人员观察分子结构.先进的光线追踪渲染技术可以实现高质量的渲染效果,但目前工具中支持光线追踪的分子渲染方法存在使用平台限制、实时性能不足以及渲染质量不佳的问题.文中提出一种动态低采样环境光遮...     

An Efficient Algorithm for Ray Tracing

This paper presents a new algorithm that performs more efficient ray tracing compared to existing algorithms. This algorithm is based on the divide-and-conquer technique well known from the area of lists sorting, and speeds up the intersections and light-visibility tests for the first hit. A new definition of transitive-between-relations (TBR) is introduced. A simple shooting ray guide is embedded into a conventional ray tracer to reduce the number of intersection tests and thus speed-up the first hit calculation and the associated light conditions tests. The algorithm was tested in environments made up of convex polygons (random triangles, linearly positioned pyramids) but it can be used in environments with other primitives.     

一种高效的光线投射体绘制算法

作为体绘制中的一个经典绘制算法,光线投射算法理论简单同时能产生高质量的图像,被广泛应用于医学图像可视化领域。但在绘制过程中有大量的投射光线和体素的重采样,导致绘制速度较为缓慢。为提高绘制的速度,文中提出一种高效的光线投射体绘制算法,通过引入碰撞检测技术减少投射光线的数目,避免冗余光线的采样计算,同时采用光线跳跃方法在碰撞检测包围盒内跳过对空体素的重采样,加快了光线合成的过程。实验结果表明,改进后的算法不仅能保证所需要的图像质量,还能大幅度地减少采样计算的时间,高效地提高绘制速度。     

基于GPU的水面实时渲染算法

提出基于可编程图像硬件实时生成真实水面的渲染方法,通过实现水面建模、水面折射和反射完成整个渲染过程。在正弦波叠加的同时,利用2个凹凸纹理实现水面的动画效果,通过实时纹理映射技术实现水面的反射、折射和菲涅尔等水面光照效果。实验证明该算法能够很好地满足人们对真实感和实时性的要求,适用于虚拟现实中真实水面的生成。     

基于LTI射线追踪的改进的ART算法

CT反演常采用“直线重构模型”,即认为射线在震源和接收器之间走直线,这一条件只有在介质基本均匀的情况下近似成立。当介质中存在缺陷,射线行走路径不再是直线而是空间曲线时,若仍然采用“直线重构模型”进行反演,必然引入误差。本文提出了改进的ART算法,并在迭代的过程中利用基于旅行时的线性插值（LTI）射线追踪正演射线的实际行走路径。该算法首先利用概率的方法预判缺陷单元,将预判的缺陷单元与非缺陷单元区别对待,赋予不同的初始波速,在每轮迭代之前利用LTI射线追踪重新计算投影矩阵,并在迭代的过程中给预判的缺陷单元与非缺陷单元赋予不同的松弛因子。计算机模拟实验及混凝土试件实验结果表明,基于LTI射线追踪的改进的ART算法有效提高了计算的精度和图像重建质量,但是相应地增加了反演时间。