基于POV-Ray的二维及三维激光扫描仪的仿真实现(2)
POV-Ray是由名为Persistence of Vision Development team的开发小组根据DKBTrace2.12(由David K.Buck和Aaron A.Collins共同编写）编写而成的。它绘制图形采用的是专用的场景描述语言，从而节省了大量编制算法程序的时间。Persistence of Vision Development team是一个研究光线追踪方面的团队，没有注册公司，所以这个软件是无偿提供的。多种版本的POV-RAY软件被他们开发出来，包括DOS WINDOWS LINUX和UNIX并且每种软件的程序原代码都是公开的，这样用户可以能够很简单的变换和增加自己所需要的功能。这也是该软件包的一大特点所在。能够从ftp.povray.org站点下载软件，POV开发小组网址为www.povray.org。[2]
1.2 本论文的主要内容
本论文利用POV-Ray软件，编写二文三文空间所对应的算法，通过算法语言的编写建立相应的场景，在计算机上运行出所需要的图像，根据图像直观的了解POV-Ray所拥有的功能、优点。
第1章为绪论部分。主要阐述了本课题的意义以及背景，也介绍了本论文的布局和概要内容。
第2章为相关基础部分。介绍了POV-Ray的特点、功能，最基础的算法描述，为后续的二文三文仿真实现做理论准备。
第3章介绍了POV-Ray仿真的基本流程。
第4章为论文主题部分。先编写二文成像所需要的代码，运行软件得到图像，在此基础之上进一步理解三文图像所需要的条件，得出对应的结果。实现二文三文激光扫描仪的仿真，更加直观的了解POV-Ray所具备的特点。
2 POV-Ray基础知识
2.1 POV-Ray的特点
POV-Ray与其他绘图软件不同，它采用的是编译式输入。与此同时它为用户提供了便捷的操作方式，用户能够很快掌握其使用方法。[3]需要通过编程来实现三文图形显示，这点和OpenGL十分类似。但它具有以下的特点：
场景描述语言方便使用，在POV-Ray中，物体的颜色、形状、位置能够直接定义出来，[4]然后系统会根据语言直接绘制出图形。而OpenGL描述一个物体的特征需要调用各种函数。
场景描述文件库十分庞大。
形状、颜色、材质等标准文件库都是预先定义好的。
作出的图形效果精细逼真，具有很高的质量。
做出的图形大小可调，硬件条件满足的情况下，在计算机上可以显示15或者24位。
照相机形式多样，可以形成多样的图形。
光源种类丰富。
2.2 POV-Ray渲染图像的机制
（1）开始渲染后，相机类型要先判断出。相机类型可以通过图2.1中的Section来改变。
图2.1 相机类型设定
（2）确定需渲染像素点所处空间位置。
（3）从相机的类型来判断光线跟踪的起点位置及光线所投射方向。
（4）利用光线与空间物体交点处的环境光照颜色，设置需渲染像素的光照及颜色值。[5]
（5）重复步骤（2）、（3）、（4）。
2.3 光线追踪技术基本思想
光线追踪法简单来说就是光线从视点出发，随后追踪光线，最后到达三文图形环境的过程。，确定每条光线（对应一个采样点）与最近（沿光线方向）的物体面的相交点。反射或折射光线的产生是由于物体的材料性质的不同，使用同样的方式递归追踪新产生的光线，光线在图形环境中的传播的过程中，每个采样点（像素）可通过光线/物体相交点组成的光线树来建立，通过搜索这棵树可以确定这个像素的最后光强，然后计算每个结点的值，计算的过程都是通过对应光照模型，像素的光强值就是计算出的结点值。
像素处于阴影之中的原因是：一条从视点出发的光线穿过某个像素，在这条光线到达光源之前遇到了物体，那么，物体就挡住了这个像素，导致了阴影的产生。[6]