3D未来争夺战 光线追踪算法浅析

另一个3D世界

如果你看过精美的3D建筑效果图、复杂的好莱坞科幻片，你就会发现他们对玻璃材质、液体的渲染处理远远超越我们日常玩的3D游戏。这是因为他们都采用了光线追踪算法，相比3D游戏的光栅化算法有更真实的表现力。在3DS Max、Maya、Softimage XSI等软件中，无一例外地采用了基于光线追踪(Ray Tracing)和光能传递(Radiosity)的算法。由于光线追踪算法完全符合真实世界中光线的传播、折射、衍射、吸收等过程，所以可以渲染出肉眼无法分辨的3D场景。

随着CPU和GPU性能的爆炸性增长，在过去的几年里，已经有越来越多的公司试图实现实时光线追踪算法。

和当今构建我们实时3D游戏中的光栅化技术不同，光线追踪技术能实现真正基于物理学的水面、倒影、折射等效果。但是光线追踪算法又无比复杂，大部分好莱坞大片渲染一帧就要拥有数千个CPU内核的渲染集群耗费十几个小时，要实现每秒30帧～60帧的实时光线追踪，谈何容易。早在2004年，德国青年Daniel Pohl就通过修改《Quake 3》游戏，引入了光线追踪算法。通过这一翻天覆地的改变，修改版《Quake 3》所展现出的图形效果足以让当时大部分游戏汗颜。之后的几年里，Daniel Pohl更将注意力放到了《Quake 4》、《Quake War》等游戏上，试图在这些游戏中实现实时光线追踪算法。有趣的是，Daniel Pohl的实时光线追踪技术完全不依赖于GPU，仅仅是借助多内核CPU的运算能力“硬抗”。也许正因为如此，Daniel Pohl随后被Intel高薪聘用，继续向实时光线追踪领域迈进。

在Intel披露Lar rabee显卡计划后，就有人惊呼，难道Intel希望用光线追踪代替日常实时3D计算中基本传统的光栅化算法，从而在根基上撼动NVIDIA、AMD的统治？2009年3月，一家名不见经传的公司—Caustic Graphics突然浮出水面，带来了一种具有突破性意义的实时光线追踪软硬件解决方案。这家由苹果公司图形部门三大元老创办的公司，声称一举解决了光线追踪算法效率低下的难题。究竟未来实时3D的世界，光线追踪和传统光栅化算法谁主沉浮？我们一起从原理入手，来了解什么是光线追踪。