MATLAB编程实现单色光线追踪

# 1. 光线追踪简介

在本章中，我们将介绍光线追踪的基本概念及其在计算机图形学领域的重要性。我们将深入探讨单色光线追踪的原理，并介绍MATLAB在光线追踪中的具体应用。

让我们开始探索光线追踪技术的精彩世界吧！

# 2. 设置光线与相机

在光线追踪中，设置光线的起点和方向是非常关键的一步，同时也需要确定相机的位置和视角，才能够准确地模拟场景中的光线行为。接下来，我们将详细介绍如何在MATLAB中设置光线与相机的相关参数。

#### 2.1 定义光线的起点和方向

在光线追踪中，光线的起点通常即为相机的位置。我们可以通过相机的位置来定义光线的起点，并根据相机的视角确定光线的方向。这样便可以确保光线从相机位置向场景中的物体传播。

% 定义相机位置
camera_position = [0, 0, 0];

% 定义光线方向（示例为朝向场景中心点）
ray_direction = normalize(scene_center - camera_position);

#### 2.2 设置相机位置和视角

相机位置的设置将直接影响到所观察场景的视角和透视效果。通过调整相机位置和视角，我们可以获取不同角度和距离下的场景渲染效果。在MATLAB中，可以通过以下代码设置相机位置和视角：

% 设置相机位置
camera_position = [0, 0, 0];

% 设置观察目标位置（场景中心点）
scene_center = [0, 0, 0];

% 设置相机视角
fov = 60; % 视场角度为60度
aspect_ratio = width / height; % 图像宽高比

#### 2.3 设置光线追踪的参数

除了相机位置和视角外，还需要设置光线追踪的其他参数，如光线的最大追踪深度、阴影处理方式等。这些参数的设置将直接影响到最终渲染效果的质量和准确度。

% 设置光线最大追踪深度
max_depth = 5;

% 设置阴影处理方式（比如判断光线与物体之间是否存在遮挡）
cast_shadows = true;

% 其他光线追踪参数的设置...

通过以上步骤，我们可以在MATLAB中设置光线与相机的参数，为后续场景建模和光线追踪计算做好准备。在下一章节中，我们将继续探讨如何创建场景模型并实现光线与场景中物体的相交检测。

# 3. 场景建模与光线相交

在光线追踪中，场景建模和光线与场景中物体的相交检测是至关重要的步骤。这一章节将详细介绍如何创建简单的场景模型，实现光线与物体的相交检测，并处理光线与物体相交的情况。

#### 3.1 创建简单场景模型

在场景建模中，我们需要定义场景中的物体。这些物体可以是球体、立方体等简单几何体，也可以是复杂的模型。在代码实现中，我们通常使用对象或数据结构来表示这些物体，包括位置、尺寸、颜色等属性。

public class Sphere {
    private Vector3 center;
    private double radius;
    private Color color;

    // 构造函数
    public Sphere(Vector3 center, double radius, Color color) {
        this.center = center;
        this.radius = radius;
        this.color = color;
    }