光線追蹤和光線

Question

我想實現一個物理光線追蹤器（即使用具有給定波長的實際光子），將我自己限制在小場景（如兩個球體和一個封閉盒子）中進行實驗。這並不意味着速度很快，但我會在稍後優化它。我正在收集我所知道的關於光子如何與表面相互作用的所有知識，即它們要麼反射（吸收，然後再發射），要麼折射的概率是基於表面的吸收光譜和反射率/折射率指數，以及折射是依賴於波長（這自然導致色散）等...

我明白如何從發射材料（如「燈」）射出光子，並使它們在場景中反彈，直到它們碰巧進入相機產生一個準確的結果，但是速度慢得不能接受，因此需要做反向拍攝（從相機拍攝光子）

但是我有無法理解如何將「表面相互作用」建模爲「向後」 - 例如，如果來自相機的光子碰到紅色盒子的一側，如果光子具有與紅色相對應的波長，則它將被反射，並且所有其他波長將被吸收，這會產生紅色。但是，通過拍攝很多非常接近的光子樣本來確定顏色的強度，然後檢查哪一個最終與光線發生碰撞，哪些不會？因爲最終，無論是光子碰到光還是光（沒有經過給定次數的反彈），都沒有局部碰撞的概念。

所以基本上我的問題是 - 一個像素接收的光的強度是該像素的光子樣本的數量的函數，它實際上是光源，還是還有其他一些參與？

Answer 1

聽起來好像你想做一些叫做http://en.wikipedia.org/wiki/Path_tracing的東西，就像光線追蹤一樣，只是當相機的直接光線撞擊到一個表面時它不會直接採樣光源（導致它非常慢，但速度不如射線從光源「向前」）。

然而，你似乎通過考慮來自相機的「逆光子」，你認爲它已經具有屬性（「光子具有對應於紅色的波長」），你實際上試圖在第一個地點。爲了解決這個問題，您可能需要先閱讀「常規」光線跟蹤。因此，想想照相機發出的光線在場景中跳動到某個彈跳深度，或者直到它們碰到物體，然後直接採樣光源，看它們是否照亮物體。

關於您的最終問題「像素接收到的光的強度是該像素的光子樣本數量的函數，它實際上是光源，還是還有其他內容？我會向您推薦http://en.wikipedia.org/wiki/Rendering_equation，您可以在其中找到渲染方程（所有3D圖形算法（如光線追蹤試圖解決的一般數學問題））和一個列表及其限制，這些列表在負面（即光源除外）這些效果也參與決定的像素的最終顏色和強度）：

• 磷光，當光在一個時刻在時間吸收並在不同的時間發射的發生，
• 熒光，其中吸收和發射的光具有不同的波長，干涉，其中e表現出光的波特性，並且其中入射光和出射光的空間位置不同，其中子表面散射是地下散射，其中入射光和出射光的空間位置是不同的。不考慮次表面散射的表面可能顯得不自然不透明。