matlab光线追踪程序

时间: 2023-08-26 19:17:45 浏览: 70
下面是一个简单的MATLAB光线追踪程序示例,它演示了如何使用基本的光线追踪算法生成一个简单的场景图像: ```matlab % 设置场景参数 width = 800; % 图像宽度 height = 600; % 图像高度 fov = 60; % 视场角度 max_depth = 5; % 最大追踪深度 % 创建图像 image = zeros(height, width, 3); % 定义相机参数 camera_position = [0, 0, -1]; % 相机位置 camera_target = [0, 0, 0]; % 相机目标位置 camera_up = [0, 1, 0]; % 相机上方向 % 计算相机坐标系 camera_forward = normalize(camera_target - camera_position); camera_right = cross(camera_forward, camera_up); camera_up = cross(camera_right, camera_forward); % 光线追踪主循环 for y = 1:height for x = 1:width % 计算光线方向 aspect_ratio = width / height; viewport_height = 2 * tan(deg2rad(fov/2)); viewport_width = aspect_ratio * viewport_height; u = (x - width/2) / width; v = (height/2 - y) / height; ray_direction = normalize(camera_forward + u*viewport_width*camera_right + v*viewport_height*camera_up); % 追踪光线 color = trace_ray(camera_position, ray_direction, 0); % 将颜色存储到图像中 image(y, x, :) = color; end end % 显示图像 imshow(image); % 光线追踪函数 function color = trace_ray(origin, direction, depth) % 定义场景中的物体,这里仅使用一个球体 sphere_center = [0, 0, 0]; sphere_radius = 0.5; % 检测光线与球体的相交 intersection = intersect_ray_sphere(origin, direction, sphere_center, sphere_radius); if intersection % 计算球体法向量 normal = normalize(intersection - sphere_center); % 计算漫反射光照 light_direction = normalize([1, 1, -1]); diffuse_color = [1, 0.5, 0]; diffuse_intensity = max(0, dot(normal, light_direction)); diffuse_lighting = diffuse_intensity * diffuse_color; % 递归追踪反射光线 if depth < max_depth reflect_direction = reflect_ray(direction, normal); reflect_color = trace_ray(intersection, reflect_direction, depth+1); else reflect_color = [0, 0, 0]; end % 计算最终颜色 color = diffuse_lighting + 0.5 * reflect_color; else % 如果光线未与物体相交,则返回背景颜色 color = [0.5, 0.7, 1]; end end % 射线-球体相交函数 function intersection = intersect_ray_sphere(origin, direction, center, radius) oc = origin - center; a = dot(direction, direction); b = 2 * dot(oc, direction); c = dot(oc, oc) - radius^2; discriminant = b^2 - 4*a*c; if discriminant > 0 t1 = (-b + sqrt(discriminant)) / (2*a); t2 = (-b - sqrt(discriminant)) / (2*a); if t1 > 0 || t2 > 0 intersection = origin + min(t1, t2) * direction; else intersection = []; end else intersection = []; end end % 反射光线计算函数 function reflect_direction = reflect_ray(incident_direction, surface_normal) reflect_direction = incident_direction - 2 * dot(incident_direction, surface_normal) * surface_normal; end % 向量归一化函数 function normalized_vector = normalize(vector) normalized_vector = vector / norm(vector); end ``` 这是一个简单的光线追踪示例,它使用一个球体作为场景中的物体。你可以根据需要修改场景和渲染参数,并使用更复杂的光照模型和物体表示来扩展程序。请注意,该示例可能不是高效的光线追踪实现,但它可以帮助你理解光线追踪的基本原理和实现过程。

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