光线追踪算法-过程纹理

1. 过程纹理的概念

过程纹理通过编写代码来生成相应的颜色值，而不是从图像中获取颜色值。相比较从图像中获取颜色而言，过程纹理的优点是可以对空间中的任意一点定义纹理，并且不需要额外的存储空间来存储图像。通常某些具有数学表达式的图像可以很好地通过过程纹理来实现。过程纹理计算空间中某个点的纹理时可能需要花费更多的时间，从图像获取只需要直接获取即可。

2. 3D棋盘过程纹理

3D棋盘过程纹理可以通过数学表达式来表示，具体代码如下：

Color Checker(const Point3f& point)
{
  const Float size = 100.0f;
  const Float BIAS = -0.000187453738;
  const Float x = point.x_ + BIAS, y = point.y_ + BIAS, z = point.z_ + BIAS;

  if ((static_cast<int>(floor(x / size)) +
       static_cast<int>(floor(y / size)) +
       static_cast<int>(floor(z / size))) % 2 == 0)
    return Color(0.0, 0.0, 0.0);
  else
    return Color(1.0, 1.0, 1.0);
}

代码中通过空间中的点的坐标计算该点的颜色值,这里显示了白与黑两种颜色值。
在使用3D棋盘纹理时，需要注意白色与黑色边界处的纹理，因为精度的关系可以导致图像中出现白点与黑点交错的情况，需要使用BIAS来进行处理。

3. 渲染场景

给出一个代码的渲染场景如下：

###### 场景生成代码： ```c++ std::shared_ptr BuildTexture( ) { std::shared_ptr world = std::make_shared(std::make_shared( ));

world->AddLight(std::make_shared(Point3f(400, 400, -200), 3.0));
world->AddSurface(std::make_shared(Point3f(50, 0, -500), 50,
std::make_shared(Color(120.0 / 256.0, 20.0 / 256.0, 120.0 / 256.0), 1.4 / 1.0)));
world->AddSurface(std::make_shared(Point3f(0, -20, -400), 30,
std::make_shared(Color(25.0 / 256.0, 25.0 / 256.0, 112.0 / 256.0), 1.2 / 1.0)));
TexturePtr texture = std::make_shared(Checker);
world->AddSurface(std::make_shared(Point3f(0, -50, 0), Normal3f(0, 1, 0),
std::make_shared(texture)));
return world;
}

场景中使用两个具有反射与折射材质的球体放于水平面上，水平面的纹理通过过程纹理产生。在图中可以看到靠近水平线地区的纹理存在锯齿现象，这是因为在像素平面上靠近水平线处的像素会覆盖无限大的面积，通过使用采样技术可以解决一些锯齿现象，但是无法完全解决，这里在每个像素中使用了16个采样点进行抖动采样。