光线追踪

光线追踪（Ray Tracing）是一种通过计算光线在虚拟场景中的传播路径，生成阴影、反射、折射和光照效果的三维图形渲染技术。

概述

现实中的光线会从光源出发，经过物体表面的吸收、散射或反射后进入人眼。完整模拟所有光线需要极高的计算量，因此计算机图形学通常采用反向追踪方式：从虚拟相机或屏幕像素发出光线，判断它与哪些物体相交，再继续计算阴影、反射和折射。

与主要把三角形投影到屏幕上的光栅化相比，光线追踪更容易表现镜面反射、透明材质、柔和阴影和间接照明。它常用于电影特效、建筑可视化、工业设计和游戏画面，也可与光栅化结合形成混合渲染方案。

主要特点

• 画面真实：能够依据材质和光源关系计算更自然的光影效果。
• 计算成本较高：场景越复杂、追踪次数越多，对处理器和显卡性能的要求通常越高。
• 支持实时与离线渲染：离线渲染重视画质，实时光线追踪则需要在有限时间内完成计算。
• 依赖降噪与加速：实际应用常使用空间索引、硬件加速和图像降噪，在性能与质量之间取得平衡。

相关技术

路径追踪是光线追踪的一类实现方式，通过抽样估算光线在场景中的多次反弹，可表现全局光照，但通常需要更多样本。现代实时图形还会结合超分辨率、帧生成或降噪算法，以减轻渲染压力。

常见问题

问：光线追踪一定比光栅化好吗？答：不一定。光线追踪在复杂光影方面更自然，但光栅化通常效率更高，两者适合不同需求。

问：开启光线追踪为什么会降低帧率？答：因为系统需要额外计算光线与物体的相交及后续反弹，增加了渲染负担。

问：光线追踪和路径追踪相同吗？答：路径追踪属于光线追踪方法之一，更侧重以随机抽样模拟多次光线传播和全局照明。