什么是光线追踪

光线追踪是一种在图形设计中使用的技术，通过跟随个别像素的光线路径来产生图形。光线与来接触的物品的影响通过光线追踪来模拟。光线追踪通常会导致更高质量、更真实的图像，但需要更长的处理时间并使用更多的CPU资源。因此，光线追踪最常用于生成静止图像。它是一种用于在光子/光学工程软件中模拟电磁（光学）波前运动的方法。在表面上，光线从表示局部波前在光学系统中移动的位置的表面上的离散位置绘制为线条。在均质介质中，垂直于局部波前的这些光线沿直线移动。根据斯涅尔定律，这些光线将在折射限制处重新定向，并按照反射定律在边界处反射。矢量光栅衍射方程预测在利用梯度折射率材料方程的衍射界面和非均匀介质中，它们将反向运动。当光线与散射表面接触时，控制散射的方程将被调整。在介质的折射率下，光强、极化特性、光学路径和物理路径也可以与光线相乘，并可在界面处适当地改变。

什么是光线追踪

光线追踪解决了什么问题？

使用光线追踪可以模拟光学波前在不同介质中的行为。使用光线追踪可以确定成像系统的输出图像质量、照明系统的光分布以及许多其他问题。结合光学系统参数优化使用光线追踪可以自动提高成像或照明性能。

光线追踪在光学模拟中的重要性。

与较精确的电磁波传播方法相比，光线追踪是一种有用的模拟方法，因为它具有普遍的处理经济性和相对正确性（对于许多情况而言）。光线追踪可以与其他计算算法结合使用，以更精确地模拟物理现象。例如，可以沿着网格光线跟随光线的强度(振幅的平方)和相位（光学路径）直到光学系统的出射瞳孔。使用复杂场（振幅和相位）的傅里叶变换可以模拟图像结构强度，包括衍射。

如何实施光线追踪？

称为光线追踪器的软件模拟了来自虚拟光源到虚拟相机镜头的个别光线路径。虚拟光线可以与实际物体（如金属、玻璃或水）以及体积大气层（如雾或烟雾）相互作用。这些项目都是由设计师和工程师构思和建模的，以影响光线追踪器显示场景的方式。高级光线追踪器可以通过添加额外的计算来模拟复杂的光行为，如相互反射、放射性和焦斑。

基于GPU的光线追踪

光线追踪通常由CPU而不是GPU执行。为了改进实时图形应用，例如视频游戏，GPU的硬件被设计为尽可能产生每秒多少帧（FPS）。光线追踪经常需要很长时间，并牺牲照片般的真实感以换取实时的性能。因此，光线追踪软件和GPU硬件都没有被创建为执行光线追踪的目的。另一方面，英伟达于2018年8月13日发布了他们新的图灵图形处理架构，该架构支持实时光线追踪。在2018年年底，第一批采用图灵架构的GPU——Quadro RTX有望发布。

光线追踪：值得吗？

自从第一次在战地5中引入光线追踪以来，光线追踪已经取得了重大进展，并且现在也得到了其他游戏的支持。在这个游戏中，山脉在冰冻的湖面上的倒影中清晰可见，大炮的铁制表面闪亮的火光。尤其是，我们建议对光线追踪感兴趣的游戏玩家检查自己的内部部件，并确定他们当前的设置是否可行，特别是对于那些对当前支持光线追踪并且不会在PC上造成过大负载的游戏感兴趣的玩家。对于其他好奇但犹豫不决是否研究GPU的人来说，即将推出的索尼和微软游戏主机都是可靠的系统，支持各种游戏中的光线追踪功能。