Path tracer

该(小)项目实现的不是Whitted-style的光线追踪渲染器，而是更为现代、基于渲染方程的路径追踪渲染器。

两者区别可参考GAMES101光线追踪相关内容。

Features

• 支持各种形状(Shape)

  • 球体(Sphere)
  • (矩形)平面(Rectangle plane)
  • 盒子(Box)

• 支持BVH加速结构

• 支持各种材质（表示光线传播特性或光照模型）

  • 理想朗伯体(Lambertian) -- 漫反射材质
  • 金属(Metal) -- 高光材质
  • 绝缘体(Dielectric) -- 支持折射和高光反射
  • 散射光(Diffuse light) -- 支持单向光和双向光

• 支持各种纹理（表示外观）

  • 固定颜色纹理(Solid texture)
  • 图片UV纹理(Image texture)

• 支持各种重要性采样

  • 余弦密度采样(Cosine density)
  • 对矩形采样(Rectangle density)
  • 对球体采样(Sphere density)
  • 混合密度采样(Mixture density)

光源在这里只是一种材质，所以任何形状都能成为光源。
对光源的重要性采样需要考虑具体形状的几何特性，比如矩形适合转化积分域为面积，而球不需要用立体角更好计算。

• 支持各种转换(Transformation)
  • 平移(Translation)
  • 旋转(Rotation)
• 相机支持景深(Field of depth)
• 支持固定密度的体渲染(Volume rendering)
  • 烟/雾/水汽...

TODO

• Perlin noise
• Motion blur

Build & Usage

$ cd ray-tracer/bin
$ ./build.sh rt --mode=release
$ ./rt --help
Usage: ./rt [image path] [--sample_per_pixel/-spp integer] [--threads/-t integer] [--gamma/-g integer] [--height/-h integer] [
--scene/-s integer]
$ ./rt 1.tga -h=800 && [image viewr(support *.tga format)] 1.tga

需要指定图片存放路径，其它均是选项。
* --sample_per_pixel/-spp: 一个像素的采样数。默认为100。
* --threads/-t: 并行线程的数目，默认为8。
* --gamma/-g: 参考gamma correction。默认为2。
* --height/-h: 图片高度。默认为400。
* --scene/-s: 场景ID。默认为-1，即选择默认场景。

程序会写入到一个TGA格式的图片文件中，请使用支持查看该格式的图片查看器(比如feh )查看渲染效果。

Example

采用经典的cornell box来验证全局光照效果如何。
下图是以余弦密度、对球、对光源分别以1/2, 1/4, 1/4的权重作为混合密度的渲染结果(spp=1000)。

Reference

[1] Peter Shirley, Steve Hollasch, Trevor David Black. Ray Tracing: In One Weekend. 2020-12-07
[2] Peter Shirley, Steve Hollasch, Trevor David Black. Ray Tracing: The Next Week. 2020-12-07
[3] Peter Shirley, Steve Hollasch, Trevor David Black. Ray Tracing: The Rest of Your Life. 2020-12-07
[4] 闫令琪. GAMES101 Lecture 13 Ray Tracing1(Whitted-Style Ray Tracing). 2020-3-24
[5] 闫令琪. GAMES101 Lecture 14 Ray Tracing2(Acceleration & Radiometry). 2020-3-27
[6] 闫令琪. GAMES101 Lecture 15 Ray Tracing3(Light Transport & Global Illumination). 2020-3-31
[7] 闫令琪. GAMES101 Lecture 16 Ray Tracing4(Monte Carlo Path Tracing). 2020-4-5