1.项目介绍¶

添加纹理、体积（如雾）、矩形、实例、光源，并支持使用 BVH 的许多对象实现光线追踪。

2.运动模糊¶

设置时间¶

管理时间¶

添加移动球体¶

和原球体基本类似，主要是需要传入中心点，中心点又根据时间进行变化。

跟踪光线相交的时间¶

根据时间进行叠加渲染，变成运动模糊

4.Bounding Volume Hierarchies 边界卷层次结构¶

核心思想¶

if (ray hits bounding object)
    return whether ray hits bounded objects
else
    return false

Bounding Volumes边界卷的层次结构¶

![[Pasted image 20250210175706.png]]

if (hits purple)
    hit0 = hits blue enclosed objects
    hit1 = hits red enclosed objects
    if (hit0 or hit1)
        return true and info of closer hit
return false

AABB框¶

计算，就是把x，y，z代入进去。 ![[Pasted image 20250210180203.png]]

光线相交代码¶

定量填充间隔

    interval expand(double delta) const {
        auto padding = delta/2;
        return interval(min - padding, max + padding);
    }

AABB代码¶

#ifndef AABB_H
#define AABB_H

// 声明前置依赖（假设 interval、point3、vec3、ray 等类型已定义）
class interval;  // 表示数值区间（包含 min 和 max）
class point3;    // 三维点（x, y, z）
class vec3;      // 三维向量
class ray;       // 射线（起点 origin，方向 direction）

// 轴对齐包围盒（Axis-Aligned Bounding Box, AABB）
class aabb {
public:
    interval x, y, z; // 三个轴向的区间范围

    // 默认构造函数：初始化为空包围盒（interval 默认构造为空）
    aabb() {}

    // 构造函数：直接指定三个轴向的区间
    aabb(const interval& x, const interval& y, const interval& z)
        : x(x), y(y), z(z) {}

    // 构造函数：通过两个对角点构造包围盒（自动计算最小/最大值）
    aabb(const point3& a, const point3& b) {
        // 对每个轴向，取两点坐标的最小值和最大值作为区间
        x = (a[0] <= b[0]) ? interval(a[0], b[0]) : interval(b[0], a[0]);
        y = (a[1] <= b[1]) ? interval(a[1], b[1]) : interval(b[1], a[1]);
        z = (a[2] <= b[2]) ? interval(a[2], b[2]) : interval(b[2], a[2]);
    }

    // 根据轴向索引返回对应的区间（0:x, 1:y, 2:z）
    const interval& axis_interval(int n) const {
        if (n == 1) return y;
        if (n == 2) return z;
        return x; // 默认处理 n=0 或其他值
    }

    // 判断射线 r 在时间区间 ray_t 内是否与包围盒相交（标准 AABB 碰撞检测算法）
    bool hit(const ray& r, interval ray_t) const {
        const point3& ray_orig = r.origin(); // 射线起点
        const vec3& ray_dir = r.direction(); // 射线方向

        // 对每个轴向（x, y, z）进行相交测试
        for (int axis = 0; axis < 3; axis++) {
            const interval& ax = axis_interval(axis); // 当前轴向的区间
            const double adinv = 1.0 / ray_dir[axis]; // 方向分量的倒数（避免重复除法）

            // 计算射线进入和离开当前轴向区间的时间 t0, t1
            auto t0 = (ax.min - ray_orig[axis]) * adinv;
            auto t1 = (ax.max - ray_orig[axis]) * adinv;

            // 若射线方向为负，则交换 t0 和 t1
            if (t0 < t1) {
                if (t0 > ray_t.min) ray_t.min = t0; // 更新相交时间起点
                if (t1 < ray_t.max) ray_t.max = t1; // 更新相交时间终点
            } else {
                if (t1 > ray_t.min) ray_t.min = t1;
                if (t0 < ray_t.max) ray_t.max = t0;
            }

            // 若当前时间区间无交集，则射线未击中包围盒
            if (ray_t.max <= ray_t.min)
                return false;
        }
        return true; // 所有轴向均有交集，射线击中包围盒
    }
};

#endif

为物体构建边界框Bouding boxes¶

球体：就是根据半径和中心点计算咯。三个轴的【c-r,c+r】

对象列表的边界框BoundingBox¶

实现方式：每次添加物体时，bbox修改为以原bbox和新物体的aabb框组成的新的aabb框

BVH节点类¶

继承自碰撞集hittable 构成： - 左碰撞集 - 右碰撞集 - Bouding box 方法： - hit方法碰撞，先判断大的bbox有没有碰撞 - 没有则再调用左、右的hittable碰撞集中的hit方法，返回左或右的结果。

BVH拆分¶

任何效率性的结构最困难的部分就是构建它。 BVH构建方式： - 随机选一个轴(构建一个盒子比较函数给sort) - 优化：选最长轴 - 对基元进行排序 - 每个子树再放置一半

四.纹理¶

stb_image

五.Perlin Noise¶

六.定义四边形¶

Q起点
u、v横纵坐标
aabb盒子
材质而方法主要是
设置bbox盒，原点和Q+u+v构建aabb，Q+u和Q+v构建aabb，两者再一起构建的aabb就是包围盒了。

七.设置平面相交¶

计算点与平面公式¶

平面公式： - Ax+By+Cz = D 计算D； - n （A,B,C）· v(x,y,z) = D 转换一下就是 - n * (P + td) = D 最后求出t，即可算出光线相交的位置（交点）

但是平面公式一般不会直接给你 - 所以法线n可以通过两个侧向量n=unit_vector(u×v)计算出来 - Q在平面上，所以可以D = n · Q算出来

计算点相对于四边形的位置（重心坐标）¶

设置P=Q+αu+βv

如果u，v是正交的，计算a，b很简单，直接投影正交就行了。

平面坐标： - α=w⋅(p×v) - β=w⋅(u×p) - p=P−Q = αu+βv - w=n/(n⋅(u×v))=n/(n⋅n) 其中w对于给定四边形是常数，所以可以缓存下来

推导过程： u×p=u×(αu+βv)=u×αu+u×βv=α(u×u)+β(u×v) v×p=v×(αu+βv)=v×αu+v×βv=α(v×u)+β(v×v) 简化为 v×p=α(v×u) u×p=β(u×v) 同乘 n⋅(v×p)=n⋅α(v×u) n⋅(u×p)=n⋅β(u×v)

就可以将w这个常量单独提出来了

最后就是判断 1. 0≤α≤1 2. 0≤β≤1

七.光照Lights¶

自发光材质emitted函数¶

只告诉是什么颜色，暂时不反射

添加背景色¶

使用纯黑背景，让唯一的光纤来自发射器

发射方式¶

其实是沿用了上述纹理的采样方法，现在将纹理的每一块都设置一个颜色，同时发射光线 光线需要大于1，采样的时候不会限制到1以内

康奈尔盒子¶

问题： - 噪点嘈杂（光线小，随机光线不一定会照射到一些地方）

八.实例¶

平移¶

旋转¶

显然只基金旋转并没有那么容易计算，所以旋转最好还是先在对象空间进行先在对象空间旋转后再平移

九.Volumes体积¶

恒密度介质¶

光经过恒密度介质一般会有两种情况 ![[Pasted image 20250210225821.png]] - 体积内散射 - 穿过散射概率probability=C⋅ΔL

目前就先设置一个均匀的随机方向