【Ray Tracing The Next Week 超詳解】 光線追蹤2-6 Cornell box
Chapter 6：Rectangles and Lights
今天，我們來學習長方形區域光照
先看效果
light
首先我們需要設計一個發光的材質
/// 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
關於設計方面，我們需要把發光函式設為可繼承虛擬函式，基類也要新增，但是不是所有的材質都需要發光，所以，基類中的發光函式並不需要設定為純虛
/// 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: 自發光
@param: 紋理所需資訊
@retur: 紋理畫素值
*/
virtual rtvec emitted(rtvar u, rtvar v, const rtvec& p)const { return rtvec(); }
};
}
這樣的話，一般的材質繼承之後，發光為黑色即不發光，較為合理
我們既然添加了光照，那麼計算插值函式時候也要將它加進去
到此，我們的發光材質就設定妥當了
rectangle
我們定義的長方形均為平行於軸的
（引用書上一張圖）
假設長方形位於 z = k 平面，x和y邊界如上，交點為P(x,y,k)
我們如何確定光線引數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
那麼，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座標或者y座標不在邊界之內，那麼就沒有相交，反之則光線和長方形相交
上面的程式碼都比較簡單，那個 hit 呢，就是，根據已知的一個分量求出t，然後，把這個解帶入求出對應的其他兩個分量，如果其他兩個分量不在邊界內，那麼返回false
反之，我們求取該點的紋理座標，以及其他碰撞點資訊記錄之
獲取包圍盒嘛，理論上面無厚薄，線無粗細，但是實際中面有厚薄，我們可以將厚度設定為0.0002，以此模擬理論厚度
這個沒什麼問題，我們就往下進行
我們來做Cornell box
相機引數設定：
得到的圖如下：
有幾個面是黑色的？？也就是根本沒畫出來
我們細細看一下，發現，長方形的法向量是關鍵
比如畫出來的紅牆，對面與之平行的面的法線是朝左邊的，展現在我們視線中的是背面
所以，我們有時候需要反轉一下法向量
/// 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對應的紋理中的數值越大光強越強
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，好多黑點點，太難受了
我想啊想，為什麼這麼多黑點？？可能是因為背景是黑色的，畢竟是漫反射，如果隨機反射失敗那就是黑色，所以隨機反射點可能產生好多黑色小點，你千萬別想著換成鏡面材質，那個更無語
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白色，無傷大雅
如是，我改了下，效果可觀
感謝您的閱讀，生活愉快~