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INTRODUÇÃO

O método de Ray tracing é uma das técnicas mais poderosas de rendering, pois além de ser um algoritmo de visualização, pode resolver de forma efetiva e relativamente simples vários fenômenos luminosos como sombras, reflexão e refração.
O método é baseado no principio da ótica geométrica em que a energia luminosa propaga-se em forma retilínea num meio isotrópico. A energia que chega ao observador numa direção é calculada lançando um raio nesta direção. Como o olho é sensível à radiância,  e esta é constante ao longo do raio, a energia luminosa que o raio lançado transporta é caracterizada pela radiância que sai da superfície interceptada pelo raio. O algoritmo de Ray tracing simula o processo de propagação da luz no sentido inverso a como ele ocorre. Isto é feito por motivos de eficiência, já que só os raios que atingem o observador serão lançados, embora esta forma de proceder dificulta a simulação de alguns mecanismos de transporte de energia.
A idéia de utilizar o algoritmo de Ray-tracing para o cálculo da iluminação foi sugerida por Whitted como uma extensão ao algoritmo de visualização de Ray-casting utilizado para determinar as superfícies visíveis da cena. Na geração de imagens por Ray-tracing a intensidade de cada ponto da imagem é calculada lançando-se um raio em direção ao ponto, desde a posição da câmera. Na primeira interseção deste raio com os objetos da cena é calculada a intensidade luminosa utilizando algum modelo de iluminação local. A contribuição luminosa de cada fonte é computada se o ponto do objeto for visível, i.e não estiver na sombra. Isto é determinado lançado-se um raio desde o ponto em questão em direção a cada fonte, e verificando se ele não é interceptado por outros objetos.
Se a superfície for especular o raio refletido é seguido de modo de capturar a radiância vinda de outras superfícies. Se a superfície for translúcida procede-se de forma similar com o raio refratado.

PROBLEMAS DO ALGORITMO RAY TRACING

O algoritmo tradicional de Ray-tracing, é baseado numa técnica de amostragem pontual. Um único raio é lançado por cada pixel para determinar a superfície visível pela câmera, e a radiância que sai dela. Um único raio também, é lançado desde cada ponto visível da superfície em direção às fontes de luz, para determinar a incidência direta destas e as regiões que estão com sombra. A radiância indireta, vinda de outras superfícies por reflexão ou por transmissão, também é calculada lançado-se um único raio em cada uma destas direções. A técnica de amostragem pontual limita a resolução de alguns fenômenos que envolvem cálculos de integrais para sua representação.
O efeito de aliasing, que surge na representação discreta da imagem por pixels e pode ser observado por linhas em forma de escadinha ao invés de traços contínuos, é um exemplo desta limitação. A intensidade de cada pixel é representada pela integral da função de intensidade na área do pixel. Fenômenos luminosos como o espalhamento de luz que ocorre na propagação e na reflexão da luz, não podem ser tratados pela técnica tradicional por envolverem também integrais no seu cálculo.