【Ray Tracing in One Weekend 超詳解】光線追蹤1-8 自定義相機設計

任意位置相機設計

今天，我們來學習如何設計自定義位置的相機

ready

我們只需要了解我們之前的坐標體系，或者說是相機位置

先看效果

Chapter10：Positionable camera

這一章我們直接用概念貫穿整章

1.fov: field of view

它是一個角度

它分為兩種：垂直方向岔開的角度（vfov）和水平方向岔開的角度（hfov）

vfov即相機在垂直方向上從屏幕頂端掃描到底部所岔開的視角角度

hfov即相機在水平方向上從屏幕左端掃描到右端所岔開的視角角度

2.aspect：屏幕寬高比

我們之前是通過直接定義屏幕的坐標位置來確定屏幕，現在，我們可以通過相機參數來確定屏幕

目前，我們暫時還用ready中的坐標，相機在原點，屏幕中心在（0,0，-1）

我們習慣采用vfov，這里我們假設一直vfov和aspect

眼睛離屏幕中心的距離為dis(也就是1)

根據 tan(vfov/2) = (屏幕高/2)/dis

得到屏幕高 = 2 * dis * tan(vfov/2)

則，屏幕上邊界為 y_up = dis * tan(vfov/2)

　　屏幕下邊界為 y_bottom = - y_up　

屏幕寬 = 屏幕高 * aspect

則，屏幕左邊界為 x_left = - 屏幕寬/2

　　屏幕右邊界為 x_right = - x_left

所以，我們目前的相機類如下：

/// camera.h

// -----------------------------------------------------
// [author]        lv
// [begin ]        2019.1
// [brief ]        the camera-class for the ray-tracing project
//                from the 《ray tracing in one week》
// -----------------------------------------------------

#ifndef CAMERA_H
#define CAMERA_H

#include "ray.h"

namespace rt
{

class camera
    {
public:
    camera(rtvar vfov, rtvar aspect)
        :_eye(rtvec(0.,0.,0.))
    {
        rtvar theta = vfov * π / 180;
        rtvar half_height = tan(theta / 2);
        rtvar half_width = aspect * half_height;
        _start = rtvec(-half_width, -half_height, -1.0);
        _horizontal = rtvec(2 * half_width, 0., 0.);
        _vertical = rtvec(0., 2 * half_height, 0.);
    }

    inline const ray get_ray(const rtvar u,const rtvar v)const
        {    return ray{ _eye, _start + u*_horizontal + v*_vertical };    }

    inline const ray get_ray(const lvgm::vec2<rtvar>& para)const
        {    return ray{_eye, _start + para.u()*_horizontal + para.v()*_vertical};    }

    inline const rtvec& eye()const { return _eye; }

    inline const rtvec& start()const { return _start; }

    inline const rtvec& horizontal()const { return _horizontal; }

    inline const rtvec& vertical()const { return _vertical; }

private:
    rtvec _eye;

    rtvec _start;        //left-bottom

    rtvec _horizontal;

    rtvec _vertical;

    };

}

#endif