基于POV-Ray的二维及三维激光扫描仪的仿真实现(3)
光线/物体相交是计算光线追踪法最耗时的部分。Whitted认为：产生一个图像，光线/物体相交计算需要花费75%的时间，对于复杂图形，剩余时间仅为5%。因此，提高光线追踪速度的关键是提高相交计算的速度。
光线追踪法成像的一般步骤：
（1）建立环境及物体的造型：包括光源的性质，面的围观特性，物体的位置、方向、几何性质、材料特性等；
（2）模拟物理环境中光的传播：任何几何曲面上，光强的定义：包括光源所发出的光和其它物体之间的反射和折射光；[7]
（3）决定图像平面上的光强函数：图像平面上的位置（X,Y）和波长的函数可以表示穿过图像平面而进入视点的光强；
（4）对离散的图像平面上的光强信息进行转换，转化成可显示的形式：包括色彩分配，显示像素的精密转换，滤波以去干扰等。
有两条途径可以提高产生图像的速度：a.在追踪全部光线的过程中，处理时减少必须光线数目，物体曲面的表示也不要简化；b.相交计算采用专门的硬件，可以提高运算速度。
在图像综合的过程中，从以下几个方面着手可以提高相交计算速度：a.在物体造型固定的情况下，如何快速求出光线和物体的交点是必需的；b.减少要追踪的光线数目，怎么利用空间和光线的各种特性才能最大化优化；c.光照模拟如何建立才能合理、简单。提高光线追踪速度必须要把握前两个方面。
2.4 POV-Ray的功能
POV-RAY作为一个具有完整体系绘制图像的软件包。它的场景构成要素景物、背景、光照和视角是使用场景描述语言来定义的。用户使用POV-Ray可以很方便的画出期望的图像。
POV-Ray具有特殊的文本文件场景描述语言（scene description language）。场景描述语言一般由以下几个部分构成：POV-Ray系统定义的头文件、照相机定义部分、光照定义部分、景物定义部分、背景定义部分。[8]下面对每个部分加以解释。
2.4.1 头文件
在POV-Ray系统中，颜色、形状、材料、字符、辅助图案等都是由系统本身预先定义的。颜色（colors.inc），形状(shapes.inc)，材料(textures.inc)等几种一般常会用到。[9]其中，一些常用的颜色在colors.inc中都被定义出来了。RGB组合值可在场景描述语言中也以定义颜色。[10]但是用户不能很直观地看出RGB的组合值。在colors.inc中，很多颜色都被预先定义了，用户很容易找到，从而降低了编程的难度。下面是关于colors.inc的一些语句：
#declare Gold=color red0.8 green0.498039 blue0.196078
#declare Indian Red=color red0.309804 green0.184314 blue0.184314;
从上述的语句可以看出，RGB可以精确的合成一些的常用的颜色。相对的，如果用户亲自编写相关的语句，将会消耗大量的时间而达不到预期的效果。同样，在形状方面，一些比较不好表示的物体也被定义出来了，如抛物面。[11]抛物面的定义为：
#declare Paraboloid X=
Quadric
{<0,1,1>,<0,0,0>,
<-1,0,0>,0
}
建立三文图形所必备的是材料库，材料库广泛应用于3DS、OpenGL等软件中。[12]
2.4.2 照相机定义
照相机是如何定义的，首先，我们需要将观察的位置设定好，然后用户才能观察到生成的图像，用户观察三文生成图像的视角被定义为照相机。