目录
摘 要 I
ABSTRACT II
第一章 绪论 1
1 研究背景与意义 1
2 国内外研究现状 1
3 文章的结构安排 2
第二章 研究问题与技术路线 3
1 研究问题 3
2 技术路线 3
2.1 技术栈 3
2.2 渲染管线 3
第三章 实时光线追踪 5
1 Whittedstyle光线追踪模型 5
1.1 模型简介 5
1.2 光线表示 5
1.3 直线画法 5
1.4 光线与隐式曲面求交 6
1.5 光线与显示曲面求交 6
1.6 光线追踪加速 6
2 基于辐射度量学的物理渲染 7
2.1 简介 7
2.2 辐射度量学概念 8
2.3 双向反射分布函数(BRDF) 10
2.4 渲染方程 11
2.5 蒙特卡洛积分 12
2.6 CookTorrance BRDF 12
3 总结 14
第四章 渲染引擎实现 16
1 顶点数据(Vertex Data) 16
1.1 OBJ文件 16
2 顶点着色器(Vertex Shader) 18
2.1 概述 18
2.2 变换矩阵 18
2.3 网格渲染结果 20
3 裁剪与剔除 21
3.1 裁剪 21
3.2 剔除 22
4 三角形绘制 22
4.1 边界检测 22
4.2 重心坐标 23
4.3 透视矫正插值 23
4.4 绘制结果 23
5 片段着色器 24
6 总结 25
第五章 结论与展望 27
1 结论 27
2 展望 27
参考文献 28
致 谢 29
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现
摘 要
计算机图形学在生活中已经起到不可或缺的作用，或是和人文生活有关的影视特效制作，家居装修预览，或是和国防军事相关的武器设计，模拟军事演习。图形学中的实时渲染部分起到至关重要的作用。
基于光栅化的实时渲染已经发展许久，其渲染速度快，硬件资源消耗少。但由于光栅化的光照模型过于简化，无法实现更精确的模型，性能逐步达到瓶颈。随着硬件的飞速发展，光线追踪可以改进光栅化的缺陷并满足实时渲染的需求。
系统采用C++编程语言且在不使用图形库的情况下参照OpenGL的工作流程设计并实现一套渲染管线，核心算法为双向反射分布函数。
系统主要实现了矩阵与向量的数学运算，OBJ模型的读入，空间坐标变换，三角形边界检测，重心插值，裁剪剔除，深度测试，视锥体范围判断，纹理映射，平移相机，旋转相机，场景切换，基于微平面和双向反射分布函数的光线追踪。最后渲染管线可利用上述实现内容将3D模型渲染到屏幕上。
最终渲染结果表明，使用光线追踪的渲染引擎可以得到较好的渲染效果并可以满足实时性需求，其在实时渲染领域有着很大的研究价值。

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