序
題目寫的比較吸引眼球，實際上這個光線追蹤渲染器十分簡陋，只能渲染最簡單的幾何體----球體，效果也很簡陋。但是十分簡單，核心代碼只有200-300行。很適合初學者學習計算機圖形學的一些基本概念。 以下我會通過介紹一些基本算法，逐步構建這個“光線追蹤渲染器”。
什麼是光線追蹤？
光線跟蹤或 稱光跡追蹤是計算機圖形學的核心算法之一。在算法中，光線從光源被拋射出來，當他們經過物體表面的時候，對他們應用種種符合物理光學定律的變換。最終，光線進入虛擬的攝像機底片中，圖片被生成出來。在當今的電影特效渲染中被廣泛運用，比如阿凡達等，由於光線被賦予了真實的物理特性，使得物體的光影效果十分真實。
光線追蹤是一種全局光照算法，相較於局部光照，全局光照可以模擬出光線在物體之間的傳遞、反射。 大概就是下面這個意思。
光線追蹤渲染器的算法大致框架：
光線投射部分：
Ray_cast( view_point ){
For( 遍歷視窗上的像素 ){
產生視線sightLine
For( 遍歷object_group）{
判斷視線和哪個object相交，並且得到離視窗最近的相交點closed_point
Shader = ray_tracing( closed_point, sightLine, 3 )
用shander 給當前像素着色。
}
}
}
光線追蹤部分
Int Ray_tracing(closed_Point, sightLine, deep){
If( deep > 0 ){
計算出鏡面反射光線reflectLight
For( 遍歷除當前object以外的object )
求得reflectLight與之最近交點rflPoint
計算出折射光線RefringenceLight
For( 遍歷除當前object以外的object )
求得RefringenceLight與之最近交點rfrPoint
If( rfrPoint 存在 )
Refringence = Ray_tracing(rflPoint, RefringenceLight, deep-1);
If( rflPoint存在 )
Reflection = Ray_tracing(rfrPoint, reflectLight, deep-1);
Return phong( closed_point, sightLine ) + k1*Refringence + k2*Reflection;( 0<k1, k2 < 1 )
} else{
Retrun phong( closed_point )
}
}
局部光照模型部分（phong模型）
Int Phong( closed_point, sightLine ){
先計算點光源逆向射線closed_point->point_light lightLine之間有無遮蔽
If( 沒有遮蔽 ){
Cos a = closed_point點法向量與lightLine之間夾角餘弦
Cos b = lightLine反射光 和sightLine的夾角餘弦
Diffuse = Point_light.range * cos a
Reflection = Point_light.range * (cos b)^5
Return Diffuse + Reflection;
}
}
下一節詳細介紹每一個模塊的作用以及使用到的算法。