摘要: 方程定义的隐式曲面在计算机图形学中被经常使用。当绘制真实感效果时候，如何快速绘制方程定义隐式曲面上的反射折射现象是一个比较重要的问题。传统光线跟踪能够得到非常准确的反射折射效果，虽然有许多加速方法对光线跟踪进行了改进，然后它的绘制速度仍然不能达到实时交互的要求。 传统的环境映射方法能够实现实时的反射效果。利用最新的图形处理硬件，新的研究工作已经将环境映射方法推广到支持近似的折射效果绘制。然而环境映射方法本身就是一个近似方法，邻近物体的反射折射绘制将会出现比较大的误差。 除此以外，还存在很多方法能够绘制反射折射效果。但它们普遍都存在计算速度慢，所需存储巨大，需要预处理，效果不准确等各方面的问题。为此，本文选择了虚物体的概念来实现隐式曲面反射折射。 当我们观察一面镜子的时候，可以想象镜子里面存在一个虚拟的空间，而在镜子里看到的物体可以被认为是虚拟存在的物体，也就是虚物体。虚物体的概念最早被用来绘制平面反射和近似的薄板折射效果。 1998 年， Ofek 将虚物体的概念扩展到绘制曲面反射效果，但是他的方法同样只能得到近似结果。 本文首先扩展了虚物体的概念，使得虚物体同样能够用于曲面折射效果的绘制。本文主要结合隐式曲面的特点，总结了方程定义隐式曲面反射折射虚顶点的计算方法，并特别针对旋转曲面，提出了简单实用的虚顶点计算方法。使用新方法，我们能够准确的计算出真实物体所对应的反射折射虚物体。利用模板混存技术，我们可以将这些虚物体与真实物体同时绘制，得到真实的反射折射效果。 当场景比较复杂时候，因为需要计算场景物体所有顶点所对应的虚顶点，整个虚物体计算过程会比较慢。因为虚物体上所有顶点的计算过程实际上是一个 SIMD （ Single Instruction Multiple Data ）的并行处理过程，我们利用可编程图形处理单元 GPU （ Graphics Process Unit ）的并行计算能力来提高计算速度。 因为虚顶点的计算与 GPU 中的顶点绘制器功能相符合，我们将虚顶点的计算过程在顶点绘制器中实现。同时因为 GPU 计算能力的限制，我们对虚顶点的计算方法进行了特殊的处理，使得整个计算过程可以在 GPU 中完全实现。综合上述方法，本文提出的新方法可以在一遍图形硬件流水中就实现隐式曲面反射折射效果的计算和绘制。 最后的多次实验结果也证明，本文提出的新方法能够在最新的图形处理硬件上绘制快速准确的隐式曲面反射折射效果。