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

(a) (c) (b)

图6 bunny

模型的绘制效果

表1 各种模型的绘制时间对比 绘制时间(s)

模型 点数量 MPU中的光线跟踪

无阴影

33.89

Chinese

dragon

图7中(a)和(b)为本算法绘制的Stanford dragon模型，其中(a)为没有添加阴影的绘制效果，(b)为添加阴影的绘制效果，(c)和(d)为MPU算法中光线跟踪的绘制效果，其中(c)为没有使添加阴影的绘制效果，(d)为添加阴影的绘制效果，可见(a)和(c)，(b)和(d)并有明显差别，本算法没有降低图像的绘制质量。 图8绘出了各种模型在不同分辨率下所需时间的曲线，其中横坐标表示图像的分辨率为X×X。对图8分析可知：①随着分辨率的增大，每个模型的绘制时间近似以二次函数增长，这是因为绘制的像素个数随分辨率的增长以二次函数增长；②随着分辨率的增大，大模型绘制时间的增长速度比小模型的增长速度要快，这是由于MPU隐式曲面的重建速度随模型的增大而减慢，从而使函数求值变得复杂；③bunny模型比hand模型的点数量要少，但是bunny模型的绘制速度要慢，这是因为bunny模型绘制的像素个数要多，它与曲面相交的光线要多，其中bunny模型绘制了139320个像素，而hand模型只绘制了42962个像素 有阴影 图像空间剖分光线跟踪无阴影 8.25 7.28 9.82 有阴影时间比 无阴影 有阴影 2.05 4. 结论 本文描述了一种基于图像空间剖分的MPU隐式曲面光线跟踪算法，利用图像空间剖分和局部采样，在不降低图像质量的前提下，减少了投射光线的数目；利用光线的空间相关性，减少了光线求交测试的次数，提高了光线跟踪算法MPU隐式曲面的速度。 该方法对其他隐式曲面表示方法的推广，需要进一步的研究和改进。