計算機圖形學/照片寫實/光線追蹤的概念

光線追蹤的球體。

正如我們在上一章中所看到的，從實際角度來說，直接模擬來自光源的光子是不可能的。要生成我們看到的所有視覺資訊，需要的 photons 太多了，而離開給定光源的大多數 photons 可能根本不會到達我們的眼睛。當你加入建立真實場景所需的多個光源的複雜性時，追蹤每個單獨的光子從光源出發直到它（可能）到達我們的虛擬攝像機，這根本不可能。

我們採用的方法叫做光線追蹤。光線追蹤的概念實際上非常簡單，並且使我們的問題變得容易處理。基本思路如下。

光線追蹤場景的圖示。

我們的數字影像由有限數量的畫素組成。由於畫素是影像的原子元素，我們只關心每個畫素應該是什麼顏色。光線追蹤的思路是從虛擬攝像機的畫素反向工作，遍歷每個單獨的畫素，並從該畫素直線追蹤一條想象中的“光線”，直到我們遇到一個物體（更具體地說，是該物體上的特定點）。

一旦我們找到光線擊中的空間中的交點，我們就會推斷出應該擊中這個畫素的光包含了所有關於在這個點選中物體的光的資訊，以及與該物體的相互作用。因此，我們可以在這個物體的這個位置開始一條新的光線，並向後追蹤它，直到我們擊中另一個物體，依此類推。最終，光線必須擊中一個光源。一旦我們找到這個光源，我們就知道離開這個光源並擊中一個物體，反彈，擊中另一個物體，依此類推一直回到我們攝像機畫素的光的顏色。因此，我們現在知道在這個畫素中放置什麼顏色。