Turner Whitted於1980年首次提出一個包含光反射和折射效果的模型：Whitted模型，並第一次給出光線跟蹤演算法的示例，是計算機圖形學歷史上的里程碑。發表於Communications of the ACM 1980。

定義：

特徵：

通過光線跟蹤，可以很容易地表現出例如陰影、反射、折射等引人入勝的視覺效果。除了基本的幾何形狀，（例如球體、椎體、立方體等），光線跟蹤容易適用於更復雜的物體表示方法，（例如多邊形網格表示或者符合形狀等）

核心虛擬碼：

求交點，計算區域性光照，判斷折射反射方向，遞迴求解。

光線求交

光線的表示

光線與平面求交

光線與三角形求交

一般做法：
1.首先計算光線與三角形所在平面的交點；
2.判斷交點是否在三角形的內部。

三角形與光線的交點可以通過結合重心座標快速計算：

重心座標的表示，在三角形內部的點P將三角形可以分為三個小三角形，分別用小三角形的面積除以大三角形的面積得到三個數來刻畫P點的座標。

可以通過線性求解得到交點的重心座標以及直線引數t。

光線與多邊形求交

不能像三角形那樣方便的利用重心座標計算，需要一個更普適的方法，即上邊提到的首先計算光線與多邊形所在平面的交點，然後判斷這個交點是否在多邊形內部。

注：交點在頂點的時候得考慮；光線方向是水平的。

最快的點包含判別演算法–弧長法

按逆時針方向遍歷多邊形的每條邊，每條邊與點P形成一個角度，這個角度也是帶符號的，上圖中左邊圖形的角度之和為0，右邊的圖形角度之和為360度。但是求角度需要反三角函式，計算困難。好處是穩定，可靠性高，對於比較小的誤差可以忽略

以被測點為圓心，作單位圓，計算其在單位圓上弧長的代數和。
–代數和為0：點在多邊形外部。
–代數和為2π：點在多邊形內部。
–代數和為π：點在多邊形邊上。

上述弧長法的主要缺點在於角度計算量，但是魯棒性很好，對此提出改進的弧長法：

穿過兩個象限：

光線與球面求交

1.代數方法求解：有可能出現奇異值導致的不穩定性

2.幾何法求解：能快速判斷光線與球面是否相交、光源是否在球體內部、光線的方向

這樣求解魯棒性好。

光線與長方體（包圍盒）求交

Slab演算法和Woo演算法：複雜度類似。

光線追蹤實現思路

光線投射

由視點向該畫素中心投射一條光線，射向場景當中。對場景中的各個物體，計算與投射光線的交點，儲存所有物體的交點中距離視點最近的一個。接著根據光照、物體材質、以及法向方向，使用區域性光照模型計算畫素顏色值。

明暗效果僅僅由第一次相交的物體表面法向方向、材質、視點和光照方向、以及光照強度等因素共同決定。而光線投射並不考慮第二層以及更深層次的光線，因此不具有陰影、反射、折射等效果。

新增陰影

當前的交點處發射一條光線（陰影測試線），陰影測試線射向光源，如果測試線被物體遮擋，則就在陰影下，否則不在陰影下。注意此處只是考慮與物體是否相交，而不關心具體的交點。

新增反射和折射效果

光線跟蹤具有模擬物體表面反射效果以及折射效果的能力：

首先，計算光線與場景中物體的最近的交點。
然後，計算光線在交點處被物體反射和折射所產生的新的光線的方向，新的方向由入射光方向、物體表面法向、以及介質共同決定。
對新產生的管線（反射光線和折射光線）分別繼續進行跟蹤。

遞迴結束（一般三次）：
1.在光線彈射一定次數後停止
2.在光線的貢獻衰減到足夠小時停止

新增紋理

一些問題思考

1.計算精度問題；
2.加速問題；
3.光線跟蹤為什麼要以視點來反向跟蹤？如果按照光源發射的多條光線來計算，由於經過彈射最終能夠抵達視點的光線是及其少的，得到的效果會很差，計算也很複雜。