reproduce-ray-tracing-in-one-weekend

Created: 2023-12-24T22:08+08:00
Published: 2023-12-26T09:38+08:00
Categories: ComputerGraphics

成像模型：

• vec3, ray

• image 和 viewport 大小

• 几何约定，up-y,right-x, back-z

• camera 和 viewport 中的各个点和向量

  • viewport 边向量
  • 单位 pixel 边向量
  • camera 位置

• 球体求交：符合条件的 \(t>0\)。

  \[\begin{align*} & \text{ray: } A + tB \\ & \text{sphere: } (P-C) \cdot (P- C) = r^2 \\ & \text{inter: } (A + tB - C) \cdot (A + t B - C) = r^2 \end{align*} \]

  trick: half_b

• hit_record，hittable 和 sphere 类，bool hit(ray, tmin, tmax, hit_rec)

  • 决定 front 或者 back face，让 normal 永远 against ray
  • object 的 normal 和 hit_record 的 normal 不必相同，通过 bool front 区分是内部打到还是外部打到

• hittable_list，并实现 hit 方法

• main.cpp 中添加 hittable_list world

• interval.h 用其改写所有的 hit()

  • surrounds(), contains()
  • static const empty, universe

• 使用 random 对每个 pixel multi-sample 来抗锯齿

• 在 ray_color() 中使用 random-hemisphere 添加 diffuse 反射（反射向量随机），递归调用 hit

  • 递归的 bug 是反射线的 origin 可能位于表面以下，所以 interval.min = 0.001
  • 最关键的代码：

  if (world.hit(r, interval(0.001, infinity), rec)) {
      color  attenuation;
      ray scattered;
      if (rec.mat->scatter(r, rec, attenuation, scattered)) {
          return attenuation * ray_color(scattered, depth - 1, world);
      }
      else {
          return color(0, 0, 0);
      }
  }
  

• gamma correction: 线性空间到 gamma 空间，0-1 的值要变大

• material：如何表示一次反射 scatter(ray_in, hit_rec, attenuation, ray_out)

  • 如何理解颜色？我们看到的颜色不是物体的固有属性，教程中给出的物体的固有属性叫做 \(albedo\)（反照率）和 \(attenuation\)（衰减）
    光（rgb）打到物体上，乘上物体的反照率然后衰减。比如不是特别亮的光 (.8,.8,.8) 达到折射率为 (.5,.5,.5)，出来的颜色就是 (.4,.4,.4)
    除此以外还要计算反射光的方向，漫反射可以随机，镜面反射就是反射，电介质需要 Snell's Law 决定是否全反射
  • Lambertian: 小心 Lambertian 反射导致的 zero vector
  • mirror 和 dielectric

• camera defocus

code: rfhits/reproduce-raytrace-in-one-weekend: reproduce raytrace in one weekend

• vec3.xyz
• 255.999

vec3.xyz

使用 union 更加方便：

class vec3
{
public:
    union {
        struct {
            double x;
            double y;
            double z;
        };
        double e[3];
    };
    vec3() :e{ 0,0,0 } {}
    vec3(double x, double y, double z) : e{ x, y, z } {};
}

255.999

color.h 中使用 255.999 的可能原因：

在给定的代码中，为了将颜色分量的浮点值转换为在 [0, 255] 范围内的整数值，使用了 static_cast<int>(255.999 * pixel_color.x()) 的形式。
这种做法是为了防止舍入误差。由于浮点数表示的有限精度，乘以 255 可能会导致舍入到较低的整数值，例如 254.9999 可能会舍入为 254。为了避免这种情况，我们可以使用 255.999 来确保浮点数在乘以 255 后能够正确舍入到最接近的整数值。
例如，假设 pixel_color.x() 的值为 1.0，直接乘以 255 将得到 254.9999，舍入为 254。而使用 255.999 * pixel_color.x() 将得到 255.999，舍入为 255。
这样做可以确保最终计算得到的整数值在 [0, 255] 范围内，以便正确地表示颜色分量。
-- poe