[发明专利]一种快速的射线追踪方法及系统

说明书

本发明公开了一种快速的射线追踪方法及系统，该方法包括两级拒绝检测与一级线面相交计算。要寻找与射线相交的面元，首先运用第一级拒绝检测锁定初步范围，其基本思想是：以三角形面元K的最大边长L_m为半径，三角形面元的任意顶点Q0为球心，旋转形成球Q，如果射线在三角形面元形成的球Q外，射线就不可能与三角形面元相交；然后运用第二级拒绝检测算法锁定更为精确的范围，其基本思想是：与射线相交的面元必定与过此射线的2个互不平行的平面相交；最后采用线面相交计算，其基本思想是：采用平行投影将三维空间的线面相交计算转化为二维空间的点面计算，跳过3维逆矩阵求解。在保证不影响精确度的情况下，本发明实现了射线追踪的加速。

技术领域

本发明属于射线追踪技术领域，更具体地，涉及一种快速的射线追踪方法及系统。

背景技术

射线追踪基于几何光学原理，通过模拟射线的传播路径来确定反射、折射和阴影等。它是一种被广泛用于移动通信和个人通信环境中的预测无线电波传播特性的技术，其原理是：当电磁波波长与地表或建筑物的尺寸相比足够小时，电磁波的传播可以用几何光学的直线传播来近似。因此该技术是一种有效的波场近似建模方法，它在高频电波传播预测方面极其重要。此外，射线追踪技术也是一项极为复杂的用于创造真实事物和场景的渲染技术，可以用来获取逼真的图像效果。该技术应用于视觉工业，同时也被应用于创造3D模型。

射线追踪技术通常采用三角形面元建模将射线方程与目标曲面函数联立求解的问题近似转化为射线方程与三角形面元求交的问题，在射线追踪技术里面，每一条射线要和每一个三角形面元进行求交运算，此外，每一条射线产生的反射、绕射等都会继续迭代运算。导致射线追踪计算量很大，计算效率很低，此外，随着划分的目标面元越小，计算量也急剧增加，为了解决射线追踪里面线面求交的时间问题，有必要寻找一种更为快速的线面求交算法。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供了一种快速的射线追踪方法及系统，由此解决现有的射线追踪计算量很大，计算效率很低的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种快速的射线追踪方法，包括如下步骤：

S1、对于每个三角形面元，构造能够包含三角形面元的球形，若入射射线在球形外，则排除该球形所包含的三角形面元，将保留下来的三角形面元确定为初始三角形面元集；

S2、过入射射线作两个互不平行的平面，记为平面1与平面2，排除初始三角形面元集中不与平面1相交的三角形面元，然后再排除不与平面2相交的三角形面元，将保留下来的三角形面元确定为目标三角形面元集；

S3、对于目标三角形面元集中的每个三角形面元，采用平行投影将三角形面元中的三个顶点投影至目标二维平面中，判断入射射线与目标二维平面的交点是否在投影三角形内，其中，投影三角形是由三角形面元中的三个顶点在目标二维平面中的三个投影点所确定的三角形；

S4、若入射射线与目标二维平面的交点在投影三角形内，则入射射线与形成投影三角形的目标三角形面元相交，获取入射射线与目标三角形面元交点的交点数据，在所有交点中，选取与观测点最近的交点作为目标点，根据目标点数据与入射射线求出反射射线，再将反射射线作为新的入射射线继续追踪，形成递归，从而实现射线轨迹追踪，其中，观测点为入射射线的起点。

优选地，步骤S1具体包括如下子步骤：

S1.1、对于每个三角形面元，以三角形面元的最大边长L_m为半径，三角形面元的任意顶点Q0为球心，旋转形成包含三角形面元的球形Q；