read this first https://raytracing.github.io/books/RayTracingInOneWeekend.html
PDF https://www.realtimerendering.com/raytracing/Ray%20Tracing%20in%20a%20Weekend.pdf
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Ray tracing in one weekend 这里说明的是 Whitted-Style 风格的光线追踪
默认模拟的是有透视的场景.
lowLeftCorner 是模拟的视椎体的左下角 所以根据 horizontal vertical 得到的场景范围是
(-2, 1, -1) (2, 1, -1)
(-2, -1, -1) (2, -1, -1)
另外规定在这个幕布上有 400 * 200 个像素点
传统的右手坐标系
摄像头在 (0 0 0) 的位置 屏幕(也就是远面) 在 z 轴 -1 的位置
根据右手坐标系传统, 摄像头默认面对的是 z 的负方向.
在这篇说明中, 光线都是从center(0,0,0) 出发, 然后打在屏幕上
在本篇说明中, 光线就是从摄像头出发的, 你可以理解为整个图都是由相机闪光灯拍摄的结果.
光线射向整个场景的每一个角落(也就是射向400 * 200 中每一个像素点), 然后计算颜色
PS: 本篇没有涉及到近面
PS: 角度和弧度
1°=π/180 1rad=180°/π
PS: Math.Tan(xxx) 这里xxx 都是弧度, 要计算角度的话 需要 Math.Tan(π/180 * YOUR_ANGLE)
球心在屏幕的位置 (0, 0, -1) GetColorForTestSphere
由于摄像头和屏幕距离很近(屏幕z是-1 摄像机在0), 所以视椎体是一个很广角的感觉, 侧边的物体会有很大程度上的畸变
例如当你在 GetColorForTestSphere 把球坐标改为 (1, 0, -1) 时, 得到结果是
不过要是稍微把球放远一点(1, 0, -2), 这个情况就会好很多.
当然, 也可以移动相机的位置, 部分场景中我摄像机放在(0,0,3)的位置
- t 是碰撞时光线的长度
- p 是光线和球碰撞的点, 也就是交汇点
- normal 是交汇点的法线(通过 p - center 得到)
- material 不同的材料会对碰撞的光线有不同的行为
锯齿的来源是因为场景的定义在三维空间中是连续的，而最终显示的像素则是一个离散的二维数组。所以判断一个点到底没有被某个像素覆盖的时候单纯是一个“有”或者“没有"问题，丢失了连续性的信息，导致锯齿。
更深层的原因其实就是采样率不够(真实物体时连续, 但是采样是离散的)
本篇使用的方法应该是SSAA 超采样
使用了随机算法来采样, 详情 GetColorForTestAntialiasing.
针对每个像素点, 光源(也就是摄像机所在位置)都再额外多发出100条光线去采样计算, 这些光线在原有的光线方向上略微有些发散, 最后取得到的颜色的均值.
本篇仅说明 diffuse
详情 CreateColorForTestDiffusing
GetColorForTestDiffusing 会递归调用
同样针对每个像素点, 都再发射一些光线计算.
record 是光线和球碰撞交汇的记录. 碰撞点都再次发出光线(衰减50%), 这些光线方向随机, 再次参与光线碰撞计算.
PS (漫反射场景有两个球, 底部有一个很大的球, 存在光线的弹射)
如果去掉底部那个球, 呈现的结果会是一个很光滑的蓝色球.
详情 CreateColorForTestMetal
GetColorForTestMetal 中对每一个光线打到的碰撞点有scatter 函数
这个HitRecord 会调用不同材质的散射函数.
-
对于漫反射, 得到的光的方向时随机的, 向四面八方
-
对于金属类型, 根据设置的fuzz 加上一定程度的漫反射(也就是常说的 glossy 的概念), 剩下的最主要的还是反射(需要知道入射光线和法线才好做反射),
-
电解质(玻璃) 需要反射和折射
详情 GetColorForTestCamera L552
这里使用的是标准Camera, lookFrom 和 lookAt 就定义了摄像头的朝向.
而Vup 就相机围绕着这个朝向的旋转的角度(就相当于拍摄的时候相机已经对准了物体, 但是需要决定是竖着拿还是横着拿相机). 默认是Up, 不旋转相机.
vfov 视角(angle of view)与成像范围(angle of coverage)是不同的
表现上是变焦, 值越小, 放大倍数越大.
FOV 和变焦的关系 https://blog.csdn.net/l773575310/article/details/78401864
zoom = 1/(tan(fov/2))