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基于大型场景的高精度成像并行光线追踪算法 吴长茂 张云泉 郑海桥 杨聪俐 骆涛 邱振戈 谢金华 中国科学院软件研究所并行软件与计算科学实验室北京 中国科学院软件研究所计算机科学国家重点实验室北京 中国科学院研究生院北京 中国科学技术大学计算机科学与技术学院安徽合肥 安徽省高性能计算与应用重点实验室安徽合肥 国家测绘局卫星测绘应用中心北京 摘 要 光线跟踪，也称为光迹追踪，是计算机图形学的核心算法之一，用于从三维场景生成逼真的二维图像。 追踪光线是计算密集型操作，同时二维图像的每个像素需要投射一条甚至多条光线与场景求交，导致光线追踪计算量大效率 低。对于大型场景的高精度成像问题情况变得更加糟糕。本文针对大型场景的高精度光线追踪成像耗时大效率低的问题，提 出了一种分布式并行渲染的光线追踪算法。在个核上最高取得了的加速比，算法具有良好的效率和扩展性。 关键词 大型场景，高精度成像，光线追踪算法并行计算，分布式计算 中图分类号 ff ff 引言 光线的能量可能以四种形式被转化：吸收、反射、折 射和荧光。光线追踪是一种基于几何光学原理生成 光线跟踪 ，也称为光迹追踪，是 真实感图形的通用技术，采用全局光照模型来模拟 计算机图形学的核心算法之一，用于从三维场景生 光源和环境入射光在物体表面产生的漫反射、镜面 成逼真的二维图像。在现实世界中，光线由光源发 反射和散射、介质中产生的透射、折射和衰减等光 出，向四周发散直到被某个物体的表面挡住。此时， 学现象，实现场景消隐、阴影生成、水面波动、大气 效果等复杂特效的渲染。光线追踪就是模拟这个过 通信作者张云泉， 程来实现真实感图形绘制的技术，一般分为正向追 国家自然科学基金资助项目； 国家项 目（，；国家重大专项核高基 踪和逆向追踪两种类型。因为光源发出的光线可以 项目（ ） 认为有无数条，而进入人眼（相机）的光线数目是有