光线追踪

以相机为原点，发出射线与每个像素中心点相交，射出射线，检测射线与是否与场景中的物体相交，来判断物体是否可见。

光线追踪 vs 光栅化

光栅化（Rasterization）是将三角形投影到屏幕，逐像素填色；速度快，但全局光照效果（阴影、反射、折射）需要额外技巧才能实现。

光线追踪（Ray Tracing）反向模拟光路：从摄像机出发，经像素射入场景，在交点处递归生成次级光线，天然支持全局光照，但计算量远大于光栅化。

基本流程

1. 生成主光线（Primary Ray）：从摄像机出发，穿过每个像素中心射入场景。
2. 光线-场景求交（Ray-Scene Intersection）：测试光线与三角形、球体、BVH 等加速结构，找到最近交点。
3. 着色：在交点处根据材质和法线计算颜色，并向光源发出**阴影光线（Shadow Ray）**判断是否被遮挡。
4. 递归次级光线：
   • 反射光线（Reflection Ray）：镜面或金属表面沿反射方向继续追踪。
   • 折射光线（Refraction Ray）：透明材质按 Snell 定律折射后继续追踪。
   • 递归深度到达上限或能量衰减至阈值时终止。

加速结构

朴素的逐三角形求交复杂度为 $O(n)$。实际中使用 BVH（Bounding Volume Hierarchy） 将求交降至 $O(\log n)$，是现代光线追踪引擎的核心数据结构。