NewRayTracing

胡言乱语

简单的光线追踪，事cpp课设

本来有vs的文件的，push不上来（悲），以后再试试

main.cpp 里是史山，不要看

需要安装 EasyX ，有个 演示视频

操作方法

1. 在 release 下载或者编译出程序
2. 将 res/ 里的 build.txt 和 obj 模型放置在程序目录下
3. 打开程序自动开始渲染，生成 image.png 并实时显示在窗口上
4. 可以通过键盘输入调整摄像机，详见 视频

build.txt

# 表示注释，可通过去掉或加上注释表示其他场景（现场景为 scene1: dragon & bunny）

#build
#camera theta phi distance
#load <obj_file_name> <material_name> r g b dx dy dz
#<geometry_name> <geometry_argument> <material_name> rgb
#material_name list: rm(reflection), rrm(refraction), srm(schlick_reflection), drm(diffuse_reflection)
#(geometry_name,geometry_argument) list: (sphere, x y z r), (triangle, ax ay az bx by bz cx cy cz)

#scene1: dragon & bunny
camera 90 -15 4.0
load bunny.obj srm 0.7 0.7 0.7 -1.4 1.0 -1.0
load dragon.obj srm 0.29 0.24 0.18 0.5 0.0 0.0

#scene2: monkey
#camera 30 -15 5.0
#load monkey.obj srm 0.1 0.1 0.1 0.0 -1.0 0.0

#scene3: glass sphere
#sphere 0 0 0 1 rrm 0.9 0.9 0.9

#scene4: two mirror spheres
#camera 30 -15 5.0
#sphere 0 0 0 1 srm 0.7 0.7 0.7
#sphere 0 1.8 0 0.6 srm 0.7 0.7 0.7

#scene5: rough sphere with mirror
#camera 60 -15 5.0
#sphere 0 0 0 1 drm 0.5 0.5 0.5
#triangle -2 -2 -1 -2 2 -1 -2 -2 3 rm 0.8 0.8 0.8
#triangle -2 -2 3 -2 2 -1 -2 2 3 rm 0.8 0.8 0.8

代码结构

类图（好像不是

• 斜体表示接口，其他表示类或者模块
• 虚线箭头表示依赖关系，实线表示实现关系
• 几乎所有模块依赖 vec3 和 info 模块，所以不再画出虚线表示

模块设计

• vec3 模块： 实现三维向量 vec3 ，通过重载运算符和函数实现常见运算

  • 在程序运算中表示颜色，三个分量分别对应 RGB 通道
  • 实现射线 ray ，包括起点和方向，用于表示光线

• info 模块： 实现 hit_point_info , intersect_info , render_info ，在各种模块之间传递信息

  • hit_point_info 包含与光线相交的物体表面点的位置，法向量，uv坐标
  • intersect_info 包含与光线相交的物体表面点距光线起点的距离 hit_point_info
  • render_info 包含光线的颜色值

• GL 模块： 将图像输出到屏幕上或者保存在 png 文件中

• Buffer 模块： 累计多次采样的像素点并求平均值

• Renderer 模块： 根据 Camera 渲染 Scene

  • 遍历 $width \times height$ 图像的像素点，根据 Camera 得到的光线求 Scene 的颜色值

• Camera 模块： Camera 是摄像机接口（抽象类），有抽象方法

  ray getSight(double _x, double _y);

  • 定义了采样光线的模式
  • 实现了 PerspcetiveCamera ，画面符合透视法则

• Scene 模块： Scene 是场景接口，有方法

  shared_ptr<render_info> getRender(const ray& r);

  • 渲染的对象
  • 实现了 StandardScene ，可以向场景中添加物体并设置背景

• BVH 模块： 层次包围盒，优化求交运算。

  • 通过 AABB（轴对称包围盒）实现
  • 重载了加法运算符以合并两个 BVH

• Intersecter 模块： 通过包围盒树将求交运算的时间复杂度降至对数级别

• Object 模块： Object 是物体接口，有抽象方法

  shared_ptr<intersect_info> intersect(const ray& r);
  shared_ptr<render_info> getRender(const vec3& rt,shared_ptr<hit_point_info> hpi, Scene* scene);
  shared_ptr<BVH> getBVH();

  • 实现了 StandardObject ，可以通过 Geometry 和 Material 构造物体

• Geomerty 模块： Geometry 是形状接口，有抽象方法

  shared_ptr<intersect_info> intersect(const ray& r);
  shared_ptr<BVH> getBVH(); 

  实现了

  • SphereGeometry 球体
  • EllipsoidGeometry 椭球体
  • TriangleGeometry 三角面

• Material 模块： Material 是材料接口，有抽象方法

  shared_ptr<render_info> getRender(const vec3& rt, shared_ptr<hit_point_info> hpi, Scene* scene);

  实现了

  • BasicMaterial 基本材料
  • ReflectiveMaterial 镜面反射材料
  • DiffuseReflectiveMaterial 漫反射材料
  • SchlickReflectiveMaterial 石里克近似的镜面反射材料
  • RefractiveMaterial 折射材料