【Ray Tracing The Next Week 超详解】 光线追踪2-6 Cornell box
Chapter 6：Rectangles and Lights
今天，我们来学习长方形区域光照
先看效果
light
首先我们需要设计一个发光的材质
/// 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
关于设计方面，我们需要把发光函数设为可继承虚函数，基类也要添加，但是不是所有的材质都需要发光，所以，基类中的发光函数并不需要设置为纯虚
/// 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: 自发光 @param: 纹理所需信息 @retur: 纹理像素值 */ virtual rtvec emitted(rtvar u, rtvar v, const rtvec& p)const { return rtvec(); } }; }
这样的话，一般的材质继承之后，发光为黑色即不发光，较为合理
我们既然添加了光照，那么计算插值函数时候也要将它加进去
到此，我们的发光材质就设置妥当了
rectangle
我们定义的长方形均为平行于轴的
（引用书上一张图）
假设长方形位于 z = k 平面，x和y边界如上，交点为P(x,y,k)
我们如何确定光线参数t？
已知：
光线：p(t) = eye + t * direction
则，z方向的方程为：z(t) = eye.z + t * direction.z
那么，若满足z = k，则
t = (k - eye.z) / direction.z
同理可得x和y的等式
如果，得到的x坐标或者y坐标不在边界之内，那么就没有相交，反之则光线和长方形相交
上面的代码都比较简单，那个 hit 呢，就是，根据已知的一个分量求出t，然后，把这个解带入求出对应的其他两个分量，如果其他两个分量不在边界内，那么返回false
反之，我们求取该点的纹理坐标，以及其他碰撞点信息记录之
获取包围盒嘛，理论上面无厚薄，线无粗细，但是实际中面有厚薄，我们可以将厚度设置为0.0002，以此模拟理论厚度
同理写出其他两个平面类即可。
这个没什么问题，我们就往下进行
我们来做Cornell box
相机参数设置：
得到的图如下：
有几个面是黑色的？？也就是根本没画出来
我们细细看一下，发现，长方形的法向量是关键
比如画出来的红墙，对面与之平行的面的法线是朝左边的，展现在我们视线中的是背面
所以，我们有时候需要反转一下法向量
/// 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
这样就可以了，我们改一下场景
如下：
此外，我们还需要注意的是，light对应的纹理中的数值越大光强越强
我们可以试一下
material * light = new areaLight(new constant_texture(rtvec(20, 20, 20)));
如下：
可以看出来两张图对比之下，第二张亮多了
但是我们依旧看着很不舒服，好多黑点点，太难受了
我想啊想，为什么这么多黑点？？可能是因为背景是黑色的，毕竟是漫反射，如果随机反射失败那就是黑色，所以随机反射点可能产生好多黑色小点，你千万别想着换成镜面材质，那个更无语
所以啊，我想了下，把背景改为白色，那样更好，毕竟色彩中掺杂一点白色，无伤大雅
如是，我改了下，效果可观
此法只适用于Cornell box本身，具体场景下的画面优化请见下一篇
感谢您的阅读，生活愉快~
