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。     

基于球形光线追踪的位移贴图算法研究

文章提出了一种基于球形光线追踪的位移贴图算法。该算法相对于传统的位移贴图算法,不需要调整原几何体的三角形面,降低了中央处理器和图形处理器的负担,并且克服了基于等间隔采样的光线追踪算法收敛速度慢,可能出现采样失真的问题。最后,论文还针对目前的图形硬件的可编程特性,对算法进行了硬件加速,使该算法能满足虚拟现实程序所要求的实时性。     

基于光线追踪的可视性分析研究与模块开发

人眼是人类获取信息最主要的器官,进行人眼的可视性分析是人机工效分析的重要工作内容。当前主流的可视性分析工具主要集中在可视范围的定性标识,缺少高级的光学特性建模过程,不能逼真反映人眼在不同工况下的视觉情况。提出一种基于光线追踪的可视性分析方法,建立了一种全局光照模型,在此基础上设计并开发了一套渲染引擎,能逐像素地进行可视对象渲染;针对CATIA平台,开发了一个带有反射与阴影特性的可视性分析组件。该工作扩展了CATIA可视性分析的维度和深度,为其人机工程组件新增了一个功能强大的模块。     

基于WEB的VRML交互式光线追踪渲染

本文采用Java语言编制了一个Applet程序支持基于WEB的VRML2．0观察器。用户可以使用任何操作系统的浏览器来运行该程序，进行VRML文件的查看。该观察器采用了光线追踪算法对场景进行交互实时渲染，可以获得很好的效果。该算法对传统光线追踪算法作了适当改进以适用于交互式渲染，并采用包围盒和空间划分树(k—d树)等措施来加快渲染的速度。     

基于光线追踪算法的面重建实现

面重建是一项具有广泛应用的技术,但是面重建的算法通常比较复杂。该文介绍了一种在光线追踪算法基础上实现的物体表面重建方法。光线追踪算法是国际上广为流行的一种真实感图形的生成算法。本文采用了Rov-ray软件包实现表面重建。该软件包界面友好,使用简单,能够大大减少用户的开发时间。     

基于光线相关性的快速光线投射算法

光线投射算法是一种应用广泛的体绘制技术的基本算法，其存在的主要问题是绘制速度较慢。为了提高光线投射算法的绘制速度，以满足医学图像三维重建的应用需求，在深入研究和比较各种光线投射加速算法的基础上，提出了以接近云算法为核心的、适用于医学图像三维重建的综合性加速算法，并在PC机平台上实现了该算法，在保证图像质量的同时绘制速度提高了一个数量级左右，为医学图像三维重建的实用化提供了有效的手段。     

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。     

基于扫描线法和光线追踪法的三维真实图形合成

本文给出了一个三维真实图形合成系统,其中提供两个新算法——改进的扫描线算法和基于扫描线法和光线追踪法的算法.在这两个算法中,利用物体优先级、zn-buffer、相关性、bounding volume、环境分层分区、阴影技术、透明技术、纹理技术等来提高真实性并加快速度,且集消隐、光照模型、阴影、透明、纹理等为一体一起处理,使它们优于传统的算法.     

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。     

基于光线追踪的全局光照及降噪处理研究

传统的路径追踪算法能够有效地追踪光线的运动轨迹,从而在屏幕上呈现出真实的渲染效果,但传统的光线追踪算法只能够追踪镜面反射或规则的折射光,追踪漫反射光消耗太大,效率低下。基于蒙特卡洛概率方法的光线追踪能够从统计意义上很好地实现物体间漫反射的光照效果,极大地解决了传统光线追踪的缺陷和效率问题,然而只有当采样数为无限大时,蒙特卡洛方法才是无误差的。为了提升渲染性能和质量,尽可能缩小误差,提出了一种根据颜色采样分布进行降噪处理的优化方法,该方法可以减少采样数,通过后期处理来去除噪声。通过在自研图形引擎中渲染虚拟场景对比实验发现,根据颜色采样分布进行降噪处理的方法能够实现较好的渲染及降噪效果,提高整个算法的性能以及画面表现。     

基于时域射线追踪的UWB室内信道仿真

基于无线电波传播基本原理,结合UWB系统的特点,利用时域射线追踪的方法分析了室内传播信道的特点。利用时域方法克服了频域方法所带来的复杂性问题,得出了室内传播信道的主要参数如时延扩展等,对UWB系统的设计和分析具有重要的理论和实践意义。     

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。     

Ray Tracing with Extended Cameras

This paper discusses an extended camera model for ray tracing. As an alternative to standard camera modules an abstract camera machine is presented. It represents a framework of extended cameras which is based on standard mapping functions. They are integrated within the abstract camera machine to complete the camera function, which generates rays out of image locations (pixels). Modelling the camera function as an abstract camera machine in combination with standard mapping functions opens a wide field of applications and the specification of extended cameras is greatly simplified. By using extended cameras it is easily possible to produce special and artistic effects, e.g. a local non-linear zoom of especially interesting regions while still retaining an overview of the whole scene. Overviews of given scenes can be modelled and several views of the same object can be integrated into one picture. Several examples of extended cameras designed with the abstract camera machine are discussed and colour plates made with these cameras are presented.     

基于射线跟踪的大规模MIMO信道建模

大规模MIMO具有巨型阵列尺寸和多维阵列结构,能够有效提升无线频谱效率,是未来无线通信领域重要的物理层技术之一.但大规模阵列具有的近场效应、高计算复杂度等问题,对其无线信道建模带来很大的挑战.本论文主要针对这些挑战,对大规模MIMO的信道模型进行了深入分析.首先在球面波假设前提下,建立大规模MIMO信道模型的基本框架;进一步利用基于马德里格地图的射线跟踪算法,对信道模型参数进行求解;最后给出大规模MIMO信道时延扩展及空间距离的统计分布.上述研究结果表明,所提信道模型能够反映大规模MIMO的主要信道特征.     

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％。     

A Competitive Analysis of Load Balancing Strategies for Parallel Ray Tracing

This paper examines the effectiveness of load balancing strategies for ray tracing on large parallel computer systems and cluster computers. Popular static load balancing strategies are shown to be inadequate for rendering complex images with contemporary ray tracing algorithms, and for rendering NTSC resolution images on 128 or more computers. Strategies based on image tiling are shown to be ineffective except on very small numbers of computers. A dynamic load balancing strategy, based on a diffusion model, is applied to a parallel Monte Carlo rendering system. The diffusive strategy is shown to remedy the defects of the static strategies. A hybrid strategy that combines static and dynamic approaches produces nearly optimal performance on a variety of images and computer systems. The theoretical results should be relevant to other rendering and image processing applications.     

Five-dimensional Adaptive Subdivision for Ray Tracing

This paper presents a directional subdivision method for speeding up ray tracing. This method is easy to use, because it automatically adapts the subdivision to the scene relieving the user from having to set parameters for the subdivision. It also attempts a balance between 5D and spatial subdivision in order to benefit from both methods. A memory saving scheme is introduced and experimental results are presented.     

基于最近离散点的光线跟踪

论文提出基于最近离散点的光线跟踪算法。对于原始的点云模型,算法通 过平衡二叉树在设定范围内搜索离光线迭代点最近的N 个离散点,并用栅格的加速结构避 免不必要的迭代搜索计算。光线与实际最近的N′个离散点的局部平面进行求交计算,局部 平面的法向量是由离散点对应的三角形法向量通过三角形面积加权平均计算得到,并保证法 向量计算的一致性。通过改变光线跟踪的参数（最近离散点的数目）,即可达到渐进地多分 辨率显示原始的点云模型的目的。对于噪声多的原始的点云模型,设置较大的最近离散点的 数目,以有效地减少其绘制的噪声;对于噪声少的原始的点云模型,设置较小的最近离散点 的数目,以更多地显示其局部几何特征。     

State of the Art in Ray Tracing Animated Scenes

Ray tracing has long been a method of choice for off-line rendering, but traditionally was too slow for interactive use. With faster hardware and algorithmic improvements this has recently changed, and real-time ray tracing is finally within reach. However, real-time capability also opens up new problems that do not exist in an off-line environment. In particular real-time ray tracing offers the opportunity to interactively ray trace moving/animated scene content.
This presents a challenge to the data structures that have been developed for ray tracing over the past few decades. Spatial data structures crucial for fast ray tracing must be rebuilt or updated as the scene changes, and this can become a bottleneck for the speed of ray tracing. This bottleneck has recently received much attention by researchers and that has resulted in a multitude of different algorithms, data structures and strategies for handling animated scenes. The effectiveness of techniques for ray tracing dynamic scenes vary dramatically depending on details such as scene complexity, model structure, type of motion and the coherency of the rays. Consequently, there is so far no approach that is best in all cases, and determining the best technique for a particular problem can be a challenge. In this State of the Art Report (STAR), we aim to survey the different approaches to ray tracing animated scenes, discussing their strengths and weaknesses, and their relationship to other approaches. The overall goal is to help the reader choose the best approach depending on the situation, and to expose promising areas where there is potential for algorithmic improvements.     

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%。