一.V-Ray 是一款光线追踪渲染器(Ray

tracing)

​​当前的主流渲染器，如finalRender、Brazil、Maxwell、MentalRay等，都是以光线追踪技术为主的，而V-Ray渲染器图像中的效果主要是通过光线追踪方法计算出来的，所以V-Ray是一款光线追踪渲染器。

​二.光线追踪渲染器的工作原理

Ray

tracing工作原理图

我们可以这样理解光线追踪渲染器的工作过程：

1.

渲染图像的组成

​假设在相机前面放置一个网格平面，称为视平面(View

plane)，网格平面中的每一个小格，就是渲染图像中的一个像素，小网格的多少有渲染输出图像的分辨率决定，如渲染输出图像的分辨率为800X600，则此网格平面就由800X600的小网格组成，如果从相机的位置去看小网格，每一个小网格都覆盖了场景中的一小块区域。可见，如果能计算出每个小网格所覆盖区域的平均颜色，并将此颜色做为小网格的颜色，对小网格进行填充，将网格平面中的所有小格都填充完，也就得到了我们所需要的渲染结果。

​2.

如何出计算这些小网格的平均颜色呢？

​以相机的中点为起点，向小网格的中点发出一条辅助射线(Ray)，此射线与场景中的物体相交(如没有相交，则视为与背景相交)，如果计算出此交点的颜色，也就得到了小网格的颜色。

​从相机发出的辅助射线与我们的视线方向相同，与场景中物体反射到我们眼晴中的光线的方向相反，故应称为视线，为了方便说明，将此辅助射线，称为采样视线，辅助射线与场景的交点，称为采样点。

​采样点的颜色由采样点所在物体的材质、场景中的光源，场景中的其它物体及背景等多方面因素相互作用决定的。

​除了需要计算采样点在光源的直接照射下，所产生的颜色外：

​如果采样点的材质具有反射属性，则需计算出采样点的反射颜色。

​如果采样点的材质具有折射属性，则需计算出采样点的折射颜色。

​如果采样点与光源之间有其它物体，则需要计算出采样点的阴影颜色。

​如果采样点的周边有其它物体，还需要计算其它物体对此采样点所产生的间接照明效果。

​如果开启了焦散效果，还需要计算出采样点的焦散颜色。

​如果开启了相机的景深及运动模糊效果，还需要计算出采样点的相关模糊颜色。

​将上述采样点的所有颜色综合在一起，就会得到采样点的最终颜色，可见采样点的的最终颜色包含了许多种不同属性的颜色成分。

3.

如何计算采样点不同属性的颜色成分？

​3.1 采样点直接照明颜色的求法

​从采样点向光线发出采样视线，求出光源与采样点的位置关系，根据光源的亮度、颜色等参数再结果采样的材质属性，就可以求出采样点在光源直接照明下所产生的颜色。

​3.2 采样点反射颜色的求法

​如果采样点的材质具有反射属性，根据光线的反射原理，此采样点继续发出采样视线，去与场景中的物体相交，我们将新的交点称为二次采样点，求出二次采样点的颜色，就是此采样点反射的颜色。如果二次采样点还具有反射属性，则此采样点继续重复上面的采样计算，直到所规定的反射次数，或反射颜色减弱到一定阀值后终止。

3.3

采样点折射颜色的求法

​如果采样点的材质具有透明属性，根据光线的折射原理，此采样点继续发出采样视线，去与场景中的物体相交，我们将新的交点称为二次采样点，求出二次采样点的颜色，就是此采样点反射的颜色。

​如果二次采样点还具有透明属性，则此采样点继续重复上面的采样计算，直到所规定的折射次数，或折射颜色减弱到一定阀值后终止。

3.4

采样点阴影颜色的求法

​从采样点向光线求出阴影采样视线，如果光源与采样点间有物体遮挡，则根据光源的阴影参数及遮挡物体物属性，就可以计算出采样点的阴影颜色。

3.5

采样点间接照明颜色的求法

​采样点间接颜色的求法有两类算法：

3.5.1

视线追踪法

​从采样点处，向四周发出采样视线，计算出周边物体对采样点颜色的影响。

3.5.2 光线追踪法

​追踪光源所发出的光线，直接计算每个光源对场景间接照明的总结果，然后再求出采样点间接照明的颜色。

3.6

采样点相机景深及运动模糊效果颜色的求法

​从相机发出采样视线，求出景深及模糊对采样点的影响，从而求出采样点的模糊颜色。

​将采样点的上述颜色求出后，进行综合处理，就会得到采样点的最终颜色。

​从上述采样点颜色成分的计算方法中，我们可以看到，所有的计算不外乎使用了二种方法，一是追踪从相机发出的辅助视线，二是追踪从光源发出的光线，而且为了计算，有的需要对采样点进行多次追踪，这就是光线追踪概念的由来。

​但是，关于光线追踪的概念是极其混乱及模糊的，下面我就对之进行明确说明。

​三. 关于光线追踪(Ray

tracing)，光线投射Ray casting)的有关概念说明

​由于最先开发出来的追踪算法，由从相机发出的辅助射线为基础的，并将之命名为Ray

tracing，被翻译成中文时称为光线追踪。

​后来又开发出来了，追踪光源所发出的光线的计算方法，由于这时Ray

tracing的名称已经被使用，为了与之进行区别，取名为Backwards

Ray tracing，翻译成中文为反光线追踪，明明与光线的光向一致，却将之称为反光线追踪，结果更乱了。

​为了区别，后来又对名称进行了修正，将以相机为出发点的追踪称为eye-based

Ray

tracing，基于眼睛的光线追踪；将以光源为出发点的追踪称为light-based

Ray tracing，基于光源的光线追踪。

​如果使用直译的方式进行翻译，其名称又烦琐，又不直观，按我的想法：

​将 eye-based Ray tracing

翻译成“视线追踪”

将 light-based Ray

tracing翻译成“光线追踪”

​即简单、直观，又使人容易理解。

​不过在你明白了其算法的原理后，至于称为什么名字，也不是很重要了，一般情况下，将可这二种方法，都笼统的称为光线追踪。

​现在再说一说光线投射

Ray casting

​如果在进行计算时，仅从相机发出了一次采样视线，直接对采样点进行计算，而对采样点不再继续投射新的采样视线的方法，称为光线投射Ray

casting，其实将之翻译为“视线投射”更为合理。

​例如，对场景中漫反射的计算，使用的就是视线投射法。

​关于这三种追踪方法，在V-Ray渲染器中都得到了应用。(文章来源于网络)

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