光线追踪理论

光线跟踪：理论与实现(1)简介光线追踪的目的是模拟自然现象：你可以看到各种颜色，因为太阳发出的光被各种自然物体反射或折射后最终进入你的眼睛。如果我们暂时忽略其他因素，所有这些光应该是直线。如图所示，黄光从太阳直接进入相机。红光在与场景一起发射后到达相机，而蓝光被玻璃球折射并击中相机。图中未显示的是无法到达观察者的光线，这也是我们不从光源追踪到相机，而是使用相反路径的原因。上图显示了一个理想的情况，因为光线的方向没有影响。从上面，我们得到了一个启示：与其等待光源通过当前颜色或黑色的像素发出光，我们还不如从相机发出光，穿过平面的每个像素，观察这些光能击中几何图形上的哪些像素。/-/Raylastdefinition/-classRaypublic:射线():米_原点(矢量3(0，0，0)，m _方向(矢量3(0，0，0) ；射线(矢量3a _原点，矢量3a _方向)；空隙原点(矢量3a _原点) m _原点=a _原点；空隙设置方向(矢量3a _方向) m _方向=a _方向；向量3 GetOrigin() returnm _ Origin；向量3 GetDirection() returnm _ Direction；private:向量_原点；/光的起点向量_方向；/光的方向；一缕光有它的起点和方向。当光线从相机发出时，起点通常是一个固定点，光线穿过屏幕表面的像素。/-/fireraysinthessenneescanlineratime，fromleft/toright/-boolEngine:Render呈现()/renderscene向量3o(0，0，-5)；/initializetimerint msecs=GetTickCount()；/resetlastfoundprimitive pointerPrimitive*lastprim=0。/renderremaininglinesfor(int y=m _ CurrLine；y(m _ Height-20)；y)/逐行扫描m _ SX=m _ WX1；/renderpixelsforcurrentline对于(intx=0；x255)红色=255；if(绿色255)绿色=255；if(blue 255)blue=255；m _ Destm _ PPs=(红色16)(绿色8)蓝色；m _ SX=m _ DX；m _ SY=m _ DY/seeifwebeenworkingtolonghaveyif(GetTickCount()-msecs)100)/returncontroltowindowssodescrenetsupdatem _ CurrLine=y 1；returnfalse/全部完成returntrue请注意此代码：向量3o(0，0，-5)；向量3 dir=向量3(m_SX，m_SY，0)-o；标准化(dir)；Rayr(o，dir)；光线的起点是“o”，方向是朝向屏幕平面上的一个位置，并且方向是均匀的，从而建立光线。屏幕平面指的是在虚拟世界中浮动的矩形来代表屏幕。在代码中，它以原点为中心，宽8个单位，高6个单位，适用于800*600的分辨率。你可以用这个平面做各种事情：如果你把它从相机移开，光线的宽度会变窄，因此屏幕上的物体会变大。如果你旋转这个平面(并且相机在它的中心)，你将得到虚拟世界的另一个视图。接下来，我们需要一个光线追踪的场景。场景包含各种元素：几何对象，如球体和平面。您还可以使用三角形面片，并使用它们来构造各种其他元素。元素球体和平面从图元继承而来，每个元素都有一个材质，并且都实现了相交和获取法线的方法。/-/场景定义/-课堂场景public:场景():m _原语(0)，m _原语(0) ；场景()；空隙场景()；intGetNR原语() returnm _原语；原语*Get原语(inta _ Idx) returnm _原语a _ Idx；private:intm _原语；原始* * m _原语；/保存指向各种元素的指针；空隙场景：初始场景()m _原语=新原语*100；/最多100个立体元素/接地层m _原语0=新平面引物（向量3(0，1，0)，4.4f)；m _原语0-集合名称(”平面”；m _原语0-GetMaterial()-SetReflection(0)；m _原语0-GetMaterial()-SetDiffuse(1.0f)；m _原语0-GetMaterial()-SetColor(颜色(0.4f，0.3f，0.3f)；/bigspherem _原语1=新闻这里（向量3(1，-0.8f，3)，2.5f)；m _原语1-集合名称(“大球体”)；m _原语1-GetMaterial()-SetReflection(0.6 f)；m _原语1-GetMaterial()-SetColor(颜色(0.7f，0.7f，0.7f)；/smallspherem _原语2=新闻这里（向量3(-5.5f，-0.5，7)，2)；m _原语2-集合名称(“小球体”)；m _原语2-GetMaterial()-SetReflection(1.0f)；m _原语2-GetMaterial()-SetDiffuse(0.1f)；m _原语2-GetMaterial()-SetColor(颜色(0.7f，0.7f，1.0f)；/lightsource1m _原语3=新闻这里（向量3(0，5，5)，0.1f)；原始3-光（真)；m _原语3-GetMaterial()-SetColor(颜色(0.6f，0.6f，0.6f)；/lightsource2m _原语4=新闻这里（向量3(2，5，1)，0.1f)；原始4-光（真)；m _原语4-GetMaterial()-SetColor(颜色(0.7f，0.7f，0.9f)；/setnumberofprimitivesm _原语=5；这个方法中我们加入了一个地表平面，两个球体以及2个光源。现在就开始跟踪光线了，首先来看下处理的伪代码：前像素Constructrayfromcamerathroughpixel像素像素Findfirstprimitivehitbyray确定生态交叉点绘图颜色为了确定光线命中的最近的一个元素，我们必须对其所有可能的交点做测试。/-/天真追踪：与非常原始的相交/inthescenetodetermineclosestarkerspection/-原始*引擎：光线跟踪(Raya_Ray，Colora_Acc，inta_Depth，flove _ RinDex，flove _ Dist)if(a_DepthTRACEDEPTH)返回0；/traceprimaryraya_Dist=1000000.0f .vector3pi原始*原始=0。intresult/findneearestintersection对于(ints=0；sgetnr原语()；s)图元* pr=m _场景-获取原语；兴趣；如果(分辨率=pr-相交(a_Ray，a_Dist)prim=pr结果=res/0=未命中，1=命中，-1=hitfroinsideprimitive/nohit，terminateray如果(！prim)返回0；/handleintersectionif(prim-IsLight()/我们打了很多，停止跟踪a _ Acc=颜色(1，1，1)；其他/determinecoloratpointofintersection=射线。射线GetDirection()* a _ Dist；/跟踪灯对于(国际号码=0；lGetNrPrimitives()；l)图元* p=m _场景-滚原语(l)；if(p-IsLight()原始*光=p。/计算漫射阴影向量3L=(球面*)光)-GetCentre()-pi；标准化(L)；向量3n=prim-GetNormal(pi)；if(prim-GetMaterial()-GetDiffuse()0)浮点=点(不适用，适用)；if(dot0)float diff=dot * prim-GetMaterial()-GetDiffuse()；/添加扩散器组件或颜色a _ Acc=diff * prim-GetMaterial