c++球的光照模型代码

时间: 2023-08-24 13:18:13 浏览: 97
以下是一个简单的 C++ 程序,演示了球的 Phong 光照模型: ```cpp #include <iostream> #include <cmath> struct Vector3 { float x, y, z; Vector3(float x = 0, float y = 0, float z = 0) : x(x), y(y), z(z) {} Vector3 operator+(const Vector3& other) const { return Vector3(x + other.x, y + other.y, z + other.z); } Vector3 operator-(const Vector3& other) const { return Vector3(x - other.x, y - other.y, z - other.z); } Vector3 operator*(float scalar) const { return Vector3(x * scalar, y * scalar, z * scalar); } float length() const { return std::sqrt(x * x + y * y + z * z); } Vector3 normalized() const { float len = length(); return Vector3(x / len, y / len, z / len); } float dot(const Vector3& other) const { return x * other.x + y * other.y + z * other.z; } Vector3 cross(const Vector3& other) const { return Vector3(y * other.z - z * other.y, z * other.x - x * other.z, x * other.y - y * other.x); } }; struct Material { Vector3 ambient, diffuse, specular; float shininess; Material(Vector3 ambient = Vector3(0.1f, 0.1f, 0.1f), Vector3 diffuse = Vector3(1.0f, 1.0f, 1.0f), Vector3 specular = Vector3(1.0f, 1.0f, 1.0f), float shininess = 50.0f) : ambient(ambient), diffuse(diffuse), specular(specular), shininess(shininess) {} }; struct Light { Vector3 position; Vector3 ambient, diffuse, specular; Light(Vector3 position = Vector3(0, 0, 0), Vector3 ambient = Vector3(0.1f, 0.1f, 0.1f), Vector3 diffuse = Vector3(1.0f, 1.0f, 1.0f), Vector3 specular = Vector3(1.0f, 1.0f, 1.0f)) : position(position), ambient(ambient), diffuse(diffuse), specular(specular) {} }; class Sphere { public: Sphere(Vector3 center = Vector3(0, 0, 0), float radius = 1.0f, Material material = Material()) : center_(center), radius_(radius), material_(material) {} bool intersect(const Vector3& ray_origin, const Vector3& ray_direction, float& t) const { Vector3 oc = ray_origin - center_; float a = ray_direction.dot(ray_direction); float b = 2.0f * ray_direction.dot(oc); float c = oc.dot(oc) - radius_ * radius_; float discriminant = b * b - 4.0f * a * c; if (discriminant < 0.0f) { return false; } float sqrt_discriminant = std::sqrt(discriminant); float t0 = (-b - sqrt_discriminant) / (2.0f * a); float t1 = (-b + sqrt_discriminant) / (2.0f * a); if (t0 > t1) { std::swap(t0, t1); } if (t1 < 0.0f) { return false; } if (t0 >= 0.0f) { t = t0; } else { t = t1; } return true; } Vector3 normal(const Vector3& point) const { return (point - center_).normalized(); } Material material() const { return material_; } private: Vector3 center_; float radius_; Material material_; }; Vector3 phong(const Sphere& sphere, const Vector3& point, const Vector3& camera_position, const Light& light) { Vector3 N = sphere.normal(point); Vector3 L = (light.position - point).normalized(); Vector3 V = (camera_position - point).normalized(); Vector3 R = (N * 2.0f * L.dot(N) - L).normalized(); Vector3 ambient = sphere.material().ambient * light.ambient; Vector3 diffuse = sphere.material().diffuse * light.diffuse * std::max(L.dot(N), 0.0f); Vector3 specular = sphere.material().specular * light.specular * std::pow(std::max(R.dot(V), 0.0f), sphere.material().shininess); return ambient + diffuse + specular; } int main() { Sphere sphere(Vector3(0, 0, -5), 1.0f, Material(Vector3(0.1f, 0.1f, 0.1f), Vector3(1, 1, 1), Vector3(1, 1, 1), 50.0f)); Light light(Vector3(0, 0, -2), Vector3(0.1f, 0.1f, 0.1f), Vector3(1, 1, 1), Vector3(1, 1, 1)); const int width = 640; const int height = 480; const float aspect_ratio = static_cast<float>(width) / height; for (int j = 0; j < height; ++j) { for (int i = 0; i < width; ++i) { float u = (2.0f * i - width) / width; float v = (height - 2.0f * j) / height; Vector3 ray_direction(u * aspect_ratio, v, -1); Vector3 ray_origin(0, 0, 0); float t; if (sphere.intersect(ray_origin, ray_direction, t)) { Vector3 point = ray_origin + ray_direction * t; Vector3 color = phong(sphere, point, ray_origin, light); std::cout << static_cast<int>(255 * color.x) << ' ' << static_cast<int>(255 * color.y) << ' ' << static_cast<int>(255 * color.z) << '\n'; } else { std::cout << "0 0 0\n"; } } } return 0; } ``` 该程序使用了结构体 `Vector3` 表示三维向量,结构体 `Material` 表示物体材质,结构体 `Light` 表示光源,类 `Sphere` 表示球体。`phong` 函数是 Phong 光照模型的实现,用于计算某个球体表面某一点的颜色。 在 `main` 函数中,首先定义了一个球体和一个光源。然后,程序循环遍历每个像素,计算出对应的射线,检测该射线与球体的交点,如果存在,则计算出该交点处的颜色,否则输出黑色。最后将颜色转换为 RGB 值输出。

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