计算机图形学基础：习题课2

计算机图形学是信息技术领域的一个重要分支，主要研究如何在计算机中表示、处理和显示图形。在"计算机图形学基础：习题课2"中，我们重点关注的是光线跟踪算法的实现和程序架构设计，以及一些扩展效果。以下是这些知识点的详细说明： **光线跟踪算法** 光线跟踪是一种模拟光在三维空间中传播的算法，它通过追踪从摄像机发出的虚拟光线与场景中物体的交互来生成图像。在实现光线跟踪算法时，主要涉及以下步骤： 1. **算法及总体思路**：算法的基本思想是从视点出发，沿着每个像素的方向发射虚拟光线，寻找光线与场景中物体的最近交点。如果找到交点，就计算该点的颜色，并考虑反射、折射等因素。 2. **程序架构设计**： - **照相机类**：负责处理相机坐标系与世界坐标系之间的转换。它需要包含相机的位置、方向、视野角度等参数，以便计算出从相机发出的光线。 - **场景类**：定义了场景中的几何体，如平面、球体、三角形等，以及它们的材质属性，如反射系数、折射系数和纹理。不同的几何体可以有各自的材质。 - **光线跟踪类**：这是算法的核心，它使用照相机类和场景类的信息来计算光线与物体的交点，然后根据交点信息计算颜色。光线跟踪类还需要处理反射和折射，这通常通过递归调用自身来实现。 **扩展效果** 光线跟踪算法的实现还可以包含一些高级特性，以提高图像的真实感和质量： 1. **景深**：模拟真实相机的焦点效果，使前景和背景呈现出不同程度的清晰度。 2. **抗锯齿**：减少图像边缘的像素化现象，使图像看起来更加平滑。 3. **物体求交的加速**：为了提高效率，通常会使用数据结构（如边界盒、kd树）来加速物体间的交点查找过程。 4. **Obj的支持**：Obj是一种常见的3D模型文件格式，支持导入这种格式的模型可以使场景更加丰富多样。 **示例与答疑** 课程可能还包括了往年的作业展示和讨论环节，这有助于学生理解和掌握光线跟踪算法的具体应用，同时解决他们在实现过程中遇到的问题。 "计算机图形学基础：习题课2"的内容涵盖了光线跟踪算法的基础与进阶，从算法设计到程序实现，再到各种视觉效果的添加，这些都是学习计算机图形学不可或缺的部分。通过深入理解和实践这些知识，学生能够为创建更逼真的计算机生成图像打下坚实的基础。