根据光线的空间相关性,本文提出了一种基于图像空间剖分的隐式曲面快速光线跟踪算法。首先对图像空间进行剖分,然后对剖分后的区域进行采样,根据采样结果估计未采样部分的像素值。这种方法避免了大量与曲面不相交的光线测试,而且估计的光线初始长度也减少了光线与曲面求交测

对可能相交的光线估计其初始长度，减少了光线与曲面求交测试的次数。

2. 基于图像空间剖分的光线跟踪算法

2.1图像空间的剖分

把整个图像空间剖分成若干区域，每个区域的分辨率越高，剖分成的区域越少，图像的

采样总时间越短，所需绘制的面积越大，反之，剖分成的区域越多，采样时间越长，所需绘制的面积越小，如图1所示，每个区域都需要采样，存在点的区域都需要绘制，(a)中每个区域的分辨率为40×40，(b)为10×10，(c)为5×5，可见(a)剖分成的区域最少，采样时间最少，需要绘制的面积最大，(c)剖分成的区域最多，采样时间最多，需要绘制的面积最小，(b)为本文选择的分辨率，实验表明，该分辨率能够兼顾采样时间和绘制面积。

(a) (b)

图 1 区域分辨率的选取

(c) 图2 图像剖分与采样

图4

错误更正 图3估计光线与曲面关系

2.2 对图像空间的局部采样

根据光线的空间相关性，对剖分后的图像空间进行局部均匀采样，选择每个区域的9

个像素进行采样，如图2所示●所在方格为对应的采样像素。用光线跟踪算法计算光线与隐式曲面的交点，如果9条光线中没有与曲面相交的光线，则认为该区域中没有曲面投影，否则，记录从视点到光线与曲面交点的距离，称为采样长度，并把9条光线中采样长度最小的光线作为该区域中每条光线的起始长度。估计的光线起始长度可能会出现三种情况，如图3所示，①起始长度小于实际长度；②起始长度大于实际长度，但没有穿过曲面；③光线穿过曲面。对于①直接进行光线跟踪，②进行反向光线跟踪，③是一种错误的情况，Rayskip算法[14]使用填充算法来纠正这种错误。 没有取得采样长度的区域也有可能存在曲面投影，特别是在曲面的边缘部分，在算法中需要对这种错误进行更正。