Ray tracing in a weekend (二)
阿新 • • 發佈：2018-12-11
ray.h
#ifndef RAYH #define RAYH #include"vector.h" class ray//只儲存原點和方向資訊，線上具體一點用函式來表示 { public: ray() {} ray(const vec3 &a, const vec3 &b):A(a),B(b){} vec3 origin() const { return A; } vec3 direction() const { return B; } vec3 point_at_parameter(float t) { return A + t*B; } vec3 A; vec3 B; }; #endif // !RAYH
vector.h
#include<math.h> #include<iostream> class vec3//可以用來表示由三維向量攜帶的資訊，如點、方向、位移、RGB等 { public: vec3() {};//預設建構函式 vec3(float e0, float e1, float e2) { e[0] = e0;e[1] = e1;e[2] = e2; }//建構函式 //內聯可以節省函式呼叫的消耗 //內聯可以節省函式呼叫的消耗 inline float x() const { return e[0]; }//定義在類內的成員函式是預設內聯的，而定義在類外的則必須顯示內聯 inline float y() const { return e[1]; } inline float z() const { return e[2]; } inline float r() const { return e[0]; } inline float g() const { return e[1]; } inline float b() const { return e[2]; } inline const vec3& operator+() const { return *this; }//這裡是取正運算而不是加法運算 inline vec3 operator-() const { return vec3(-e[0], -e[1], -e[2]); }//取負運算 inline float operator[](int i) const { return e[i]; }//過載下標運算子 //此處是常量成員函式的版本，當常量成員函式呼叫時返回的是內部元素的一個拷貝，不會改變自身 inline float& operator[](int i) { return e[i]; }//普通版本返回的是內部元素的一個引用，呼叫後可以改變自身 inline vec3& operator+=(const vec3 &v2); inline vec3& operator-=(const vec3 &v2); inline vec3& operator*=(const vec3 &v2); inline vec3& operator/=(const vec3 &v2); inline vec3& operator*=(const float t);//數乘 inline vec3& operator/=(const float t);//數除 inline float length() const { return sqrt(e[0] * e[0] + e[1] * e[1] + e[2] * e[2]); } inline float squared_length() const { return e[0] * e[0] + e[1] * e[1] + e[2] * e[2]; } inline void make_unit_vector(); float e[3]; }; inline std::istream& operator>>(std::istream &is, vec3 &t)//輸入輸出流物件不可拷貝 { is >> t.e[0] >> t.e[1] >> t.e[2]; return is; } inline std::ostream& operator<<(std::ostream &os, const vec3 &t) { os << t.e[0] << t.e[1] << t.e[2]; return os; } inline void vec3::make_unit_vector() { float k = 1.0 / sqrt(e[0] * e[0] + e[1] * e[1] + e[2] * e[2]); e[0] *= k; e[1] *= k; e[2] *= k; } inline vec3 operator+(const vec3 &v1, const vec3 &v2)//因為沒有寫成vec3的成員函式，所以採取了接受兩個vec3物件為引數，返回第三個vec3物件的方法 { return vec3(v1.e[0] + v2.e[0], v1.e[1] + v2.e[1], v1.e[2] + v2.e[2]); } inline vec3 operator-(const vec3 &v1, const vec3 &v2) { return vec3(v1.e[0] - v2.e[0], v1.e[1] - v2.e[1], v1.e[2] - v2.e[2]); } inline vec3 operator*(const vec3 &v1, const vec3 &v2) { return vec3(v1.e[0] * v2.e[0], v1.e[1] * v2.e[1], v1.e[2] * v2.e[2]); } inline vec3 operator/(const vec3 &v1, const vec3 &v2) { return vec3(v1.e[0] / v2.e[0], v1.e[1] / v2.e[1], v1.e[2] / v2.e[2]); } inline vec3 operator*(float t, const vec3 &v) { return vec3(t*v.e[0], t*v.e[1], t*v.e[2]); } inline vec3 operator/(const vec3 &v,float t) { return vec3(v.e[0]/t, v.e[1]/t, v.e[2]/t); } inline float dot(const vec3 &v1, const vec3 &v2) { return v1.e[0] * v2.e[0] + v1.e[1] * v2.e[1] + v1.e[2] * v2.e[2]; } inline vec3 cross(const vec3 &v1, const vec3 &v2) { return vec3((v1.e[1] * v2.e[2] - v1.e[2] * v2.e[1]), (-(v1.e[0] * v2.e[2] - v1.e[2] * v2.e[0])), (v1.e[0] * v2.e[1] - v1.e[1] * v2.e[0])); } //以前做+過載時也常採用如下方式，現在看來是有點問題的 inline vec3& vec3::operator+=(const vec3 &v) { e[0] += v.e[0]; e[1] += v.e[1]; e[2] += v.e[2]; return *this; } inline vec3& vec3::operator*=(const vec3 &v) { e[0] *= v.e[0]; e[1] *= v.e[1]; e[2] *= v.e[2]; return *this; } inline vec3& vec3::operator/=(const vec3 &v) { e[0] /= v.e[0]; e[1] /= v.e[1]; e[2] /= v.e[2]; return *this; } inline vec3& vec3::operator-=(const vec3 &v) { e[0] -= v.e[0]; e[1] -= v.e[1]; e[2] -= v.e[2]; return *this; } inline vec3& vec3::operator*=(const float t) { e[0] *= t; e[1] *= t; e[2] *= t; return *this; } inline vec3& vec3::operator/=(const float t) { float k = 1.0 / t; e[0] *= k; e[1] *= k; e[2] *= k; return *this; } inline vec3 unit_vector(vec3 v) { return v / v.length(); }
RayTracer.cpp
#include "stdafx.h" #include"vector.h" #include"ray.h" #include<iostream> #include<fstream> using namespace std; //camera朝上為y，朝image plain為-z，向右為x vec3 color(const ray& r)//設定背景色（由y值決定藍白） { vec3 unit_direction = unit_vector(r.direction());//得到單位方向向量，將y限定在-1至1之間 float t = 0.5*(unit_direction.y() + 1);//間接用t代表y，將其限制在0至1之間 return (1.0 - t)*vec3(1.0, 1.0, 1.0) + t*vec3(0.5, 0.7, 1.0); //所謂插值法，不同的ray對應的t不同，這些t決定了其對應的color為(1.0,1.0,1.0)和(0.5,0.7,1.0)之間某一RGB顏色 //RGB各分量實際就是一個介於0.0至1.0的小數 } int main() { int nx = 200;//200列 int ny = 100;//100行 ofstream out("d:\\theFirstPpm.txt"); out << "P3\n" << nx << " " << ny << "\n255" << endl; vec3 lower_left_corner(-2.0, -1.0, -1.0);//image plain在camera frame中左下角座標 vec3 horizontal(4.0, 0.0, 0.0);//image plain在camera frame中水平方向的量度 vec3 vertical(0.0, 2.0, 0.0);//image plain在camera frame中豎直方向的量度 vec3 origin(0.0, 0.0, 0.0); for (int j = ny - 1;j >= 0;j--)//行從上到下 { for (int i = 0;i < nx;i++)//列從左到右 { float u = float(i) / float(nx);//當前pixel在水平方向上的比例（相對位置） float v = float(j) / float(ny); //構造viewing ray，direction引數實際就是intersection在camera frame中的座標 ray r(origin, lower_left_corner + u*horizontal + v*vertical);//將左下角作為求座標時的參考點 vec3 col = color(r); int ir = int(255.99*col[0]); int ig = int(255.99*col[1]); int ib = int(255.99*col[2]); out << ir << " " << ig << " " << ib << endl; } } return 0; }
Camera Frame
生成背景影象
