【Ray Tracing The Next Week 超詳解】 光線追蹤2-6 Cornell box
Chapter 6：Rectangles and Lights
今天，我們來學(xué)習(xí)長方形區(qū)域光照
先看效果
light
首先我們需要設(shè)計(jì)一個(gè)發(fā)光的材質(zhì)
/// light.hpp // ----------------------------------------------------- // [author] lv // [begin ] 2019.1 // [brief ] the areaLight-class for the ray-tracing project // from the 《ray tracing the next week》 // ----------------------------------------------------- #pragma once namespace rt { //the statement of areaLight class class areaLight :public material { public: areaLight() { } areaLight(texture* mat) :_emit(mat) { } virtual bool scatter(const ray& InRay, const hitInfo& info, rtvec& attenuation, ray& scattered)const { return false; } virtual rtvec emitted(rtvar u, rtvar v, const rtvec& p)const { return _emit->value(u, v, p); } private: texture* _emit; }; } // rt namespace
關(guān)于設(shè)計(jì)方面，我們需要把發(fā)光函數(shù)設(shè)為可繼承虛函數(shù)，基類也要添加，但是不是所有的材質(zhì)都需要發(fā)光，所以，基類中的發(fā)光函數(shù)并不需要設(shè)置為純虛
/// material.hpp // ----------------------------------------------------- // [author] lv // [begin ] 2018.12 // [brief ] the material-class for the ray-tracing project // from the 《ray tracing in one week》 // ----------------------------------------------------- #pragma once namespace rt { // the statement of material class class material { public: /* @brief: produce a scattered ray @param: InRay -> Incident light info -> the information of intersect-point(hit-point) attenuation -> when scattered, how much the ray should be attenuated by tis reflectance R scattered -> as we talk, it is a new sight; or it is the scattered ray with the intersect-point @retur: the function calculate a scattered ray or not */ virtual bool scatter(const ray& InRay, const hitInfo& info, rtvec& attenuation, ray& scattered)const = 0; /* @brief: 自發(fā)光 @param: 紋理所需信息 @retur: 紋理像素值 */ virtual rtvec emitted(rtvar u, rtvar v, const rtvec& p)const { return rtvec(); } }; }
這樣的話，一般的材質(zhì)繼承之后，發(fā)光為黑色即不發(fā)光，較為合理
我們既然添加了光照，那么計(jì)算插值函數(shù)時(shí)候也要將它加進(jìn)去
到此，我們的發(fā)光材質(zhì)就設(shè)置妥當(dāng)了
rectangle
我們定義的長方形均為平行于軸的
（引用書上一張圖）
假設(shè)長方形位于 z = k 平面，x和y邊界如上，交點(diǎn)為P(x,y,k)
我們?nèi)绾未_定光線參數(shù)t？
已知：
光線：p(t) = eye + t * direction
則，z方向的方程為：z(t) = eye.z + t * direction.z
那么，若滿足z = k，則
t = (k - eye.z) / direction.z
同理可得x和y的等式
如果，得到的x坐標(biāo)或者y坐標(biāo)不在邊界之內(nèi)，那么就沒有相交，反之則光線和長方形相交
上面的代碼都比較簡單，那個(gè) hit 呢，就是，根據(jù)已知的一個(gè)分量求出t，然后，把這個(gè)解帶入求出對應(yīng)的其他兩個(gè)分量，如果其他兩個(gè)分量不在邊界內(nèi)，那么返回false
反之，我們求取該點(diǎn)的紋理坐標(biāo)，以及其他碰撞點(diǎn)信息記錄之
獲取包圍盒嘛，理論上面無厚薄，線無粗細(xì)，但是實(shí)際中面有厚薄，我們可以將厚度設(shè)置為0.0002，以此模擬理論厚度
同理寫出其他兩個(gè)平面類即可。
這個(gè)沒什么問題，我們就往下進(jìn)行
我們來做Cornell box
相機(jī)參數(shù)設(shè)置：
得到的圖如下：
有幾個(gè)面是黑色的？？也就是根本沒畫出來
我們細(xì)細(xì)看一下，發(fā)現(xiàn)，長方形的法向量是關(guān)鍵
比如畫出來的紅墻，對面與之平行的面的法線是朝左邊的，展現(xiàn)在我們視線中的是背面
所以，我們有時(shí)候需要反轉(zhuǎn)一下法向量
/// flip_normal.hpp // ----------------------------------------------------- // [author] lv // [begin ] 2019.1 // [brief ] the flip_normal-class for the ray-tracing project // from the 《ray tracing the next week》 // ----------------------------------------------------- #pragma once namespace rt { class flip_normal: public intersect { public: flip_normal(intersect * p) :_p(p) { } virtual bool hit(const ray& sight, rtvar t_min, rtvar t_max, hitInfo& info)const override { if (_p->hit(sight, t_min, t_max, info)) { info._n = -info._n; return true; } return false; } virtual aabb getbox()const override { return _p->getbox(); } private: intersect* _p; }; } // rt namespace
這樣就可以了，我們改一下場景
如下：
此外，我們還需要注意的是，light對應(yīng)的紋理中的數(shù)值越大光強(qiáng)越強(qiáng)
我們可以試一下
material * light = new areaLight(new constant_texture(rtvec(20, 20, 20)));
如下：
可以看出來兩張圖對比之下，第二張亮多了
但是我們依舊看著很不舒服，好多黑點(diǎn)點(diǎn)，太難受了
我想啊想，為什么這么多黑點(diǎn)？？可能是因?yàn)楸尘笆呛谏模吘故锹瓷洌绻S機(jī)反射失敗那就是黑色，所以隨機(jī)反射點(diǎn)可能產(chǎn)生好多黑色小點(diǎn)，你千萬別想著換成鏡面材質(zhì)，那個(gè)更無語
所以啊，我想了下，把背景改為白色，那樣更好，畢竟色彩中摻雜一點(diǎn)白色，無傷大雅
如是，我改了下，效果可觀
此法只適用于Cornell box本身，具體場景下的畫面優(yōu)化請見下一篇
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