光线追踪算法实现与优化: 包括IF, Phong shading, 反射与折射.

MIT6.837作业实验报告1主要包含了分形、OpenGL的使用和渲染管线以及粒子系统三个部分。其中，分形是一个预备作业，不是课程的核心内容，通过利用迭代函数系统（IFS）来绘制自相似的分形图形。而光线追踪则是课程的核心内容，涵盖了作业1到7，主要实现了相机投射射线、射线与空间物体求交和利用Phong光照模型计算光照和阴影。然而，这种光线追踪算法无法模拟光线的反射和折射，也无法实现镜面或透明物体的效果。为了解决这个问题，改进的算法采用了递归的方法，在射线与物体求交后，交点的颜色由自身用光照模型着色的颜色、反射光线的颜色和折射光线的颜色三部分组成。而第二个改进则是针对速度进行的改进，通过优化算法，避免了不必要的计算，提高了运算效率。 在分形部分，通过利用迭代函数系统（IFS），可以绘制出具有自相似性的分形图形。IFS是由一组变换函数和一组对应的概率权重组成的系统。通过不断迭代应用这些变换函数，并根据权重进行选择，可以进行分形图案的生成。通过调整变换函数的参数和概率权重，可以获得不同形状的分形图案。 在光线追踪部分，使用相机投射射线、求交和光照计算的基本原理来实现光线追踪算法。首先，通过相机的位置和方向确定射线的起点和方向。然后，求射线与场景中的物体的交点，进而计算交点处的颜色。在计算交点的颜色时，采用Phong光照模型来模拟和计算光的折射和反射。然而，简单的光线追踪算法无法模拟出现实世界中的光线效果，例如镜面反射和折射现象，因此需要对算法进行改进。 为了实现镜面反射和透明物体的效果，改进的光线追踪算法引入了递归的调用。当射线与物体求交得到交点后，交点的颜色由三部分组成：自身用光照模型着色的颜色、反射光线的颜色和折射光线的颜色。其中，反射光线和折射光线的颜色需要继续进行光线追踪的递归调用。这意味着，在计算交点颜色时，需要不断追踪反射和折射光线，直到没有反射和折射光线为止。 除了算法的改进，为了提高光线追踪的效率，作业还涉及了一种优化方法。由于场景中可能存在大量的三角形面片，如果每次都对所有面片进行求交计算，将会涉及大量不必要的计算。优化方法通过使用包围盒和加速结构，避免了对不相关面片的求交计算，从而提高了算法的速度和效率。 总之，MIT6.837作业实验报告1涵盖了分形、OpenGL的使用和渲染管线以及粒子系统等内容，其中光线追踪是课程的核心内容，通过改进算法实现了更加真实的光照效果。此外，作业还对算法进行了优化，提高了光线追踪的运算效率。