"光线追踪法生成立方体及修改smallpt代码的研究生图形学大作业"

研究生计算机图形学大作业：使用光线追踪法生成一个立方体，修改smallpt代码，生成新的元素 一、Ray Tracing 算法概述 1.1 Ray Tracing 算法简介 Ray Tracing（光线追踪）是一种常用于生成逼真图像的算法，它模拟了光线在场景中的传播与交互过程，通过跟踪每个像素上的光线，计算其与场景中物体的交点，并根据光线与物体的材质属性相互作用的规则来确定像素的颜色。 1.2 Ray Tracing 算法的实现原理 Ray Tracing 算法的实现原理可以简单概括为以下几个步骤： 1）生成相机到屏幕上每个像素的光线； 2）检测这些光线是否与场景中的物体相交； 3）计算光线与物体的交点； 4）根据交点的材质属性计算光线的反射或折射； 5）递归地继续追踪反射或折射光线； 6）计算最终的像素颜色。 二、Ray Tracing 算法的具体实现 2.1 实现算法的C程序简介 在本次大作业中，我使用C语言编写了一个基于Ray Tracing算法的程序，并对smallpt代码进行了修改以生成一个立方体和新的元素。该程序主要包括以下几个关键部分的实现： 1）相机和屏幕的设置：设置相机的位置、朝向和观察角度，确定场景中的物体应在屏幕上如何呈现。 2）光线生成：通过相机的位置、屏幕像素的位置和观察角度来生成从相机射出的光线。 3）光线与物体的交点计算：遍历场景中的每个物体，计算每个物体与光线的交点，找到离相机最近的交点。 4）材质属性计算：根据交点所在物体的材质属性，计算光线的反射或折射。 5）递归追踪：对于反射光线或折射光线，递归地继续进行光线追踪，直到达到最大递归深度或光线不再与任何物体相交。 6）颜色计算：根据交点处的光线与物体的交互结果，计算像素的最终颜色。 2.2 修改smallpt代码，生成新的元素 为了生成一个立方体和新的元素，我对smallpt代码进行了适当的修改。具体来说，我添加了新的物体类型和材质属性，并在程序中进行了相应的处理，使其能够正确地渲染这些新的元素。 首先，我定义了一个新的物体类型——立方体。实现立方体需要考虑其六个表面以及与光线的交点计算。我使用了碰撞检测和光线与平面的求交算法，并在程序中进行了实现。 其次，我定义了新的材质属性，如镜面反射、折射等。通过为新的物体指定材质属性，程序能够准确计算光线在立方体上的反射或折射，并相应地更新光线的颜色。 最后，我对程序的渲染过程进行了优化，使用了蒙特卡洛积分和路径追踪技术来提高渲染效果和速度。 总结： 通过使用光线追踪法生成一个立方体，并修改smallpt代码以生成新的元素，我对Ray Tracing算法有了更深入的理解。在实现过程中，我掌握了相机和光线设置、物体与光线的交互计算、材质属性的处理以及递归追踪的方法。通过不断的实践和调试，我成功地生成了一个包含立方体和新元素的逼真图像。这个大作业让我在计算机图形学领域取得了实质性的进步，并为我今后的研究生学习和科研打下了坚实的基础。