【前言】
? ? ? ? CORONA渲染器使用路徑追蹤來渲染圖像。什么是路徑追蹤呢赞警？路徑追蹤是一種渲染算法妓忍，它通過跟蹤來自攝像機(jī)的獨(dú)立光路來計(jì)算最終圖像。
? ? ? ? 本來我想洋洋灑灑寫一篇通俗易懂的文章愧旦，后來世剖，我在網(wǎng)上看到了一位從事動(dòng)畫電影特效工作的網(wǎng)友，他寫的一篇關(guān)于路徑追蹤文章笤虫，內(nèi)容非常好搁廓。我感覺那就是我想寫的文章，這使我無法動(dòng)筆了耕皮。所以境蜕，特意去掉的C++語言部分，部分轉(zhuǎn)載給大家凌停。
【轉(zhuǎn)載】
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? ? ? ?光線追蹤的渲染技術(shù)已經(jīng)被大量運(yùn)用到現(xiàn)在的電影產(chǎn)業(yè)中粱年，我們身邊也出現(xiàn)了大量光線追蹤的渲染器，Arnorld罚拟，Vray台诗，Houdini的mantra，Maxwell赐俗、Corona等等拉队。它出現(xiàn)的目的也是為了追求更真實(shí)的物理效果。
? ? ? ? 光線追蹤算法中，一個(gè)物體要被觀察者（camera）看到要具備兩個(gè)因素叔扼。其一事哭，就是要有光，物體不被光照到我們是看不到瓜富，其二鳍咱，就是當(dāng)然要有物體，光被物體反射入觀察者眼中才能被看到与柑。所以谤辜，光線追蹤算法就是計(jì)算光線和物體交互蓄坏，碰撞檢測的算法。
? ? ? ? ?光線追蹤算法分為兩種：正向追蹤算法和反向追蹤算法丑念。其中涡戳，正向追蹤算法是大自然的光線追蹤方式，即由光源發(fā)出的光經(jīng)環(huán)境景物間的多次反射渠欺、透射后投射到景物表面，最終進(jìn)入人眼椎眯。
? ? ? ? 反向追蹤算法正好相反挠将，它是從觀察者的角度出發(fā)，只追蹤那些觀察者所能看見的表面投射光编整。就目前而言舔稀，所有3D制作軟件的光線追蹤算法都是采用反向追蹤法，原因是這種算法能夠最大程度地節(jié)省計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)資源掌测，而且不會(huì)導(dǎo)致渲染質(zhì)量的下降内贮。
? ? ? ? 為什么反向追蹤快呢？我們玩走迷宮汞斧，是正走快夜郁，還是反走快？
? ? ? ? 反向追蹤法就是從觀察者開始向場景中射出光線粘勒，當(dāng)光射出后打到物體上后竞端，我們?cè)購哪莻€(gè)被擊中的點(diǎn)所在表面在射出光線（我們假設(shè)稱作陰影光線或光源光線）。如果這光源光線被射出后遇到了場景中的光源庙睡。那么我們就能看到這個(gè)物體事富，又或者這光源光線又打到了另外一個(gè)物體上 ，那么我們看到的這個(gè)物體就在陰影中乘陪。
? ? ? ? 接下來我們來介紹柵格化（Rasterization）统台。就是將圖轉(zhuǎn)化為一個(gè)個(gè)柵格組成的圖象
? ? ? ? 為什么要柵格化，因?yàn)槲覀冎牢覀兊碾娔X屏幕是由像素點(diǎn)組成啡邑。目前主流的像素已經(jīng)1920*1080贱勃。也就是說，我們的屏幕橫向有1920個(gè)像素谤逼，然后叢向有1080個(gè)像素點(diǎn)募寨。
? ? ? ? 所以拔鹰，我們要將三維的模型投射到屏幕上面，然后將每個(gè)像素點(diǎn)填充上一個(gè)相對(duì)硬的顏色贵涵，就好比一個(gè)圓是由多個(gè)網(wǎng)格組成列肢。當(dāng)然了恰画，網(wǎng)格細(xì)分越高，顯示精度也越好瓷马。
? ? ? ? 光線追蹤的靈魂所在就在于光線拴还。所以，我們基于屏幕的每個(gè)像素點(diǎn)射出去一個(gè)光線欧聘。如果射出去的光線碰到了障礙物（模型）片林，我們就能將這個(gè)像素點(diǎn)填充上相應(yīng)障礙物的信息（根據(jù)燈光，物體材質(zhì)）怀骤。如果什么都沒碰到费封，那么相對(duì)因的像素就什么都不顯示（背景顏色）。
? ? ? ? 現(xiàn)在我們知道了蒋伦，每個(gè)像素到底看到了什么弓摘。然后我們通過重復(fù)的遍歷屏幕上的每個(gè)點(diǎn)，那么一個(gè)球就出現(xiàn)在屏幕上了痕届。是不是很好理解韧献？
好了，下面我用為代碼來簡單介紹一下一個(gè)簡單的渲染器的工作流程研叫。省略........
? ? ? ?影響一個(gè)像素點(diǎn)顏色由三個(gè)通道來表示锤窑，R（紅），G（綠）嚷炉，B（藍(lán)）也就是這三個(gè)通道來表示果复，我們知道通過這三個(gè)顏色組合，我們可以得到所有的顏色渤昌。比如紅色+藍(lán)色=紫色虽抄。
? ? ? ?我們現(xiàn)在定義每個(gè)顏色通道為8位，也就是2^8独柑。他表示范圍為0-255迈窟。0表示最小值，255表示最大值忌栅。所以
黑色：0车酣，0，0
紅色：255索绪，0湖员，0
綠色：0，255瑞驱，0
藍(lán)色：0娘摔，0，255
白色：255唤反，255凳寺，255
那么問題來了鸭津，如何來決定某個(gè)像素的值呢：
? ? ? 它由多個(gè)因素來決定的。請(qǐng)看下圖：
? ? ? ?我們簡單來分析： 首先一束光射出去肠缨，我們打到一個(gè)物體上逆趋，
? ? ? ? 如果打到一個(gè)物體向光面上，那么我們會(huì)根據(jù)物體的材質(zhì)（物體本體顏色晒奕，對(duì)光的漫反射闻书，對(duì)其他物體的反射）來計(jì)算像素點(diǎn)材質(zhì)。
? ? ? ?如果打到一個(gè)背光面上脑慧，那么這就是陰影魄眉。
? ? ? ?如果什么都沒打到那么，那么他就是個(gè)背景顏色漾橙。
? ? ? ? 畢竟在光線追蹤影響物體顏色的因素太多了杆融，因?yàn)楣饩€是在空間中不停的反彈楞卡。有直接反射霜运，間接反射，理論上來說如果計(jì)算時(shí)間足夠長蒋腮，那么得到的結(jié)果就無限接近真實(shí)效果淘捡，但是時(shí)間和效果往往是矛盾的，我們?nèi)绾卧谟邢薜臅r(shí)間中得到盡量真實(shí)的效果就是我們之后要做的池摧。
【后記】
? ? ? ?看完這篇圖文并茂的文章焦除，你是否明白CORONA渲染器的光線追蹤是怎么回事了吧？再次感謝作者的好文章作彤。喜歡的朋友可以到該作者的網(wǎng)站上去看他更多的文章膘魄。
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