sprout：基于C++的光线跟踪渲染器研究

资源摘要信息:"sprout是一个用C++编写的简单光线追踪渲染器。该渲染器用于计算机图形学领域的研究与实践，特别是基于物理的渲染和全局照明。它实现了单向路径跟踪器，并结合了光示踪剂和光子映射技术以处理复杂的光照路径。支持使用网格灯和基于图像的灯光，材质模型则包含了可调节的粗糙度和金属参数，迪斯尼漫反射BRDF和GGX。此外，还支持地下散射，以及通过纹理贴图控制大部分参数。内置形状包括球体、圆盘、平面和三角形网格，可应用于不同类型的渲染对象。还支持异质参与介质和地下散射的光谱跟踪技术，并允许用户通过json配置文件来设置场景渲染参数。" 知识点详细说明： 1. 光线跟踪渲染器：光线跟踪是一种生成图像的计算机图形学技术，通过模拟光线传播和材质交互来创建逼真的图像。它通常用于生成高质量的三维图形，如在电影和高端游戏渲染中所见。 2. C++编程语言：C++是一种广泛用于系统/应用软件开发、游戏开发、实时物理模拟等领域的高级编程语言。它支持多种编程范式，包括过程化、面向对象和泛型编程。 3. 基于物理的渲染（PBR）：PBR是一种渲染技术，致力于模拟真实世界中物理属性对材料外观的影响。它依靠物理上准确的模型来描述材质对光的响应，包括材质的颜色、粗糙度、金属感等因素。 4. 全局照明（Global Illumination, GI）：全局照明是指在场景中计算光线多次反射后的光照效果。它不仅计算直接照明，还计算间接照明，如光线从一个表面反弹到另一个表面所产生的光线效果。 5. 单向路径跟踪（Path Tracing）：单向路径跟踪是一种全局照明算法，模拟光线从相机发射、与场景中的对象相交、可能反射或折射，并最终到达光源的过程。 6. 光示踪剂和光子映射（Photon Mapping）：这两种技术通常用于增强全局照明的模拟。光示踪剂跟踪从光源出发的光子，而光子映射则记录场景中光子的分布，用于计算间接光照。 7. 材质模型：材料模型描述了对象的表面属性，如何与光交互，包括颜色、粗糙度和金属感。迪斯尼漫反射BRDF和GGX是用于描述这些属性的特定数学模型。 8. 网格灯和图像基础的照明（IBL）：网格灯指的是使用几何网格来模拟光源，而图像基础的照明使用预先计算的图像（如高清环境映射）来为场景提供照明。 9. 地下散射（Subsurface Scattering, SSS）：地下散射模拟光线进入半透明材料并在其内部散射的现象，如皮肤、蜡烛等。SSS能够为材质增加深度和真实感。 10. 纹理贴图：纹理贴图是一种将图像映射到三维对象表面的技术，能够增加场景的复杂性和视觉细节。 11. 特殊材料：包括金属和玻璃等材质的物理特性，这些特殊材料的模拟对于创建逼真的渲染效果至关重要。 12. 内置形状：渲染器支持一系列内置形状，如球形、圆盘形、平面和三角形网格。这些形状可以表示不同的几何体，用以构建三维场景。 13. 异质参与介质（Heterogeneous Participating Media）：指介质的密度、折射率等属性不均匀的环境，如雾或云。处理这种介质需要特殊的光照模型，如光谱跟踪技术。 14. JSON配置文件：JSON（JavaScript Object Notation）是一种轻量级的数据交换格式，易于人阅读和编写，同时也易于机器解析和生成。使用JSON配置文件可以灵活地设置渲染场景的不同参数。