什么是光线追踪？

光线追踪 是一种用于图形设计的技术，通过跟踪光线穿过每个像素的路径来生成图形。光线追踪模拟了光线与它们接触的物体之间的相互作用。光线追踪通常会产生更高质量、更逼真的图像，但处理速度较慢，并且需要更多的 CPU 资源。因此，光线追踪最常用于生成静态图像。它是一种在光子学/光学工程软件中模拟电磁（光学）波前在系统中传播的方法。光线被绘制成来自表面离散位置的线，这些线表示局部波前在光学系统中移动时的位置。在均匀介质中，这些垂直于局部波前的光线沿直线传播。根据斯涅尔定律，光线在折射界面处会重新定向，并根据反射定律在边界处反射。矢量光栅衍射方程预测，在衍射界面和非均匀介质（使用渐变折射率材料方程）中，它们将反向传播。当光线接触到散射表面时，控制散射的方程会被调整。强度、偏振特性、光程和物理路径可以乘以介质的折射率，并与光线相关联，并且可以在界面处进行适当的修改。

光线追踪解决了什么问题？

使用光线追踪可以模拟光学波前在不同介质中的行为。光线追踪可用于确定成像系统的输出图像质量、照明系统的光分布以及许多其他事物。为了获得理想的结果，光线追踪与光学系统参数优化相结合，可以自动提高成像或照明性能。

光线追踪在光学模拟中的重要性。

与更精确的电磁波传播方法相比，光线追踪因其普遍的计算效率和相对的准确性（在许多情况下）而成为一种有用的模拟方法。光线追踪可以与其他计算算法结合使用，以更精确地模拟物理现象。例如，可以跟踪光线网格的强度（振幅**2）和相位（光程），直到它们被追踪到光学系统的出瞳。图像结构强度，包括衍射，将使用复场（振幅和相位）的傅里叶变换进行模拟。

光线追踪是如何实现的？

被称为光线追踪器的软件模拟了从虚拟光源到虚拟相机镜头的个体光线的路径。虚拟光线可能会与金属、玻璃或水等真实物体以及雾或烟等体积大气相互作用。设计师和工程师将这些物体概念化和建模，以影响光线追踪器显示场景时的外观。高级光线追踪器可以通过添加额外的计算，如相互反射、辐射度和焦散，来复制复杂的光线行为。

基于 GPU 的光线追踪。

光线追踪通常由 CPU 而非 GPU 执行。为了改进视频游戏等实时图形应用程序，GPU 的硬件旨在尽可能多地生成每秒帧数 (FPS)。光线追踪通常耗时较长，并且为了实时性能而牺牲了照片级的逼真质量。因此，无论是光线追踪软件还是 GPU 硬件，都不是以执行光线追踪为目的而设计的。另一方面，英伟达 (NVidia) 于2018 年 8 月 13 日发布了支持实时光线追踪的新型 Turing 图形处理架构。预计在2018 年底，首批采用 Turing 架构的 GPU Quadro RTX 将发布。

光线追踪：值得吗？

自《战地 5》首次引入以来，光线追踪已取得显著进步，并且目前已得到其他游戏的广泛支持。在这款游戏中，光线追踪表现出色，冰湖倒影中可见的山脉以及大炮铁质表面上闪烁的火焰。特别是，如果他们对目前支持光线追踪且不会给 PC 带来过多负担的游戏感兴趣，我们建议有兴趣的光线追踪玩家检查自己的硬件配置，确定他们当前的设置是否可行。对于其他有兴趣但又犹豫不决不想购买 GPU 的玩家，索尼和微软即将推出的游戏机是支持多种游戏中光线追踪的可靠系统。

光线追踪应用

得益于 AMD 和 Nvidia 的产品以及流行的平台，现在越来越多的游戏支持光线追踪技术。然而，并非所有 PC 或主机游戏都支持该技术，有些游戏仅允许在特定的游戏模式或地区启用该功能。

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