計算機圖形學中光線追跡的名稱和原理起源於二十世紀第壹個十年開始出現的光學鏡頭設計中的古老技術。幾何光線追跡用於描述光線通過透鏡系統或光學儀器的傳輸特性，創建系統的成像屬性模型。這用於在構造之前優化光學儀器的設計，例如減少色差或其他光學像差。光線追跡還用於計算光學系統中的光程差，光程差用於計算光學波前，而光學波前用於計算系統的衍射效應，如點擴散函數、調制傳遞函數、斯特雷爾比等。光線追跡不僅可用於攝影領域的鏡頭設計，還可用於較長波長的應用，如微波設計甚至無線電系統，也可用於較短波長的領域，如紫外或X射線光學。
計算機圖形學和光學設計中使用的光線追跡的基本原理是相似的，但光學設計中使用的技術通常更嚴格，可以更準確地反映光線行為。特別是光的色散和衍射效應以及光學鍍膜的特性在光學透鏡的設計中非常重要，而在計算機圖形學領域中卻沒有那麽重要。
在計算機出現之前，光線追跡需要用三角學和對數表手工計算。很多傳統的攝影鏡頭光學公式都是很多人優化出來的，每個人只能處理壹小部分計算。現在，這些計算可以在光學設計軟件上完成，如Lambda Research的OSLO或TracePro、Code-V或Zemax。光線追跡的壹個簡單版本是光線傳遞矩陣分析，它通常用於激光光學諧振腔的設計。
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