提升射线追踪效率：捷径法的创新应用

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 收稿日期 

 作者简介 黄沛霖   男 浙江诸暨人 硕士生 ｐｅｉｌｉｎ ｈ ｓｏｈｕ ｃｏｍ 

以 捷 径 法 提 高 射 线 追 踪 效 率

黄沛霖   王钢林   武  哲

北京航空航天大学 航空科学与工程学院 北京 

  摘    要 为改善计算效率 提出了一种捷径法对射线追踪法进行改进 射

线追踪的计算时间主要耗费在求交判断上 通过实际计算并记录一条射线管的轨

迹 作为其后若干条射线管求交计算的优先参考 避免了再次进行漫无目的的遍历式

求交 从而大量减少进行实际计算的射线管数量 节省射线求交运算时间 经编程计

算验证 该优化算法能够在保证相当精度的前提下 大幅度提高射线追踪法的计算效

率 具备一定的实用价值 

关  键  词 耦合 射线迹径 效率

中图分类号 Ｖ 

文献标识码 Ａ     文 章 编 号 

Ｕｓｅ ｓｈｏｒｔｃｕｔ ｔｒａｃｅ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｒａｙ ｔｒａｃｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ

Ｈｕａｎｇ Ｐｅｉｌｉｎ  Ｗａｎｇ Ｇａｎｇｌｉｎ  Ｗｕ Ｚｈｅ

Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ ａｎｄ Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ Ｂｅｉｊｉｎｇ  Ｃｈｉｎａ

Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｐａｒｔ ｏｆ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｔｉｍｅ ｉｎ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｒａｙ ｔｒａｃｅ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｏｎ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｓｅｃｔ ｊｕｄｇｍｅｎｔ ｓｏ

ｕｐｇｒａｄｉｎｇ ｏｎ ｔｈｉｓ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｓ ｔｈｅ ｋｅｙ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ａ ｎｅｗ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｎａｍｅｄ ｓｈｏｒｔｃｕｔ

ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｆａｃｔ ｔｈａｔ ｍｏｓｔ ｎｅａｒｂｙ ｒａｙｓ ｔｏｏｋ ａ ｓａｍｅ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｔｒａｃｅ Ｓｏ ｏｎｅ ｒａｙ ｗａｓ ｒｅａｌｌｙ ｃａｌ

ｃｕｌａｔｅｄ ａｎｄ ｉｔｓ ｔｒａｃｅ ｃａｌｌｅｄ ｓｈｏｒｔｃｕｔ ｗａｓ ｒｅｃｏｒｄｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｔｏ ｇｉｖｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｔｏ ｏｔｈｅｒ ｒａｙｓ ｎｅｘｔ ｔｏ ｉｔ Ｔｈｅ ｏｖｅｒ

ｗｈｅｌｍｉｎｇ ｓｅａｒｃｈ ｆｏｒ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｓｅｃｔ ｐｏｉｎｔ ｗａｓ ａｖｏｉｄｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅａｌｌｙ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｒａｙｓ ｗａｓ ｒｅｄｕｃｅｄ ａ ｌｏｔ 

Ｂｙ ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ ｉｓ ｐｒｏｖｅｄ ｔｏ ｂｅ ｆａｉｒｌｙ ｐｒｅｃｉｓｅ ｒｅｍａｒｋａｂｌｙ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ａｎｄ

ａｌｓｏ ｐｒａｃｔｉｃａｌ 

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｒａｙ ｔｒａｃｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ

１  射线追踪法

射线追踪法

  

是处理耦合散射问题的经典

方法之一 其根本思路为 将入射电磁场离散成为

尺寸符合高频假设的射线管 每条射线管经一次

或多次反射后 在最终反射点上由物理光学法求

出其远场区散射电场 最后在远场区叠加所有射

线管的散射场得到总的后向散射场 从而解决了

经典高频法不能处理耦合散射效应的问题 

射线追踪法的局限性主要源于以下两方面 

 射线管数量和目标表面面元数量的海量 

例如 假设从照射方向上某目标的外边界矩形的

尺寸为 ａ  ｂ即射线追踪的初始口面尺寸 射线

管尺寸以正方形射线管为例为边长 ｌ

ｒａｙ

总的射

线管总数为

ａ  ｂ

ｌ



ｒａｙ

另设目标表面面元数量为 ｎ

ｐ



每条射线管平均反射次数为 ｍ

ｒ

按照传统的射线

追踪方法 需要将所有的射线管依次与所有的目

标面元进行求交计算 则总的求交次数为 ｎ

ｐ



ａ  ｂ

ｌ



ｒａｙ

 ｍ

ｒ

一方面在目标尺寸较大或目标表面复

杂的情况下出于对目标拟合精度的需要使得 ｎ

ｐ

往往十分巨大 出现数万甚至数十万的面元也是

很正常的情况 另一方面出于符合高频假设的需



 年  月

第卷 第期

北 京 航 空 航 天 大 学 学 报

Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ ａｎｄ Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ

Ｍａｙ  

Ｖｏｌ   Ｎｏ

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