HomeWork 5：光线与三角形相交

这一个作业主要是光线追踪，我们要实现的是：

从每个像素打出一条光线；
判断光线和三角形是否相交

有的东西课上没有讲，具体的话可以看一下注释！

同步的知识点在这一片文章：

【Games 101】Lec 13：光线追踪 1（Shadow Mapping，Whitted-Style Ray Tracing）

Renderer.cpp

/*
    主渲染函数。
    在这里，我们迭代图像中的所有像素，从每个像素打出一条光线到场景中；
    framebuffer 的内容被保存到一个文件中。

    我的妈，这个是真的有点难哇... 主要是课上也没讲...
    具体可以看这两篇文章：
        https://zhuanlan.zhihu.com/p/475136497
        https://www.scratchapixel.com/lessons/3d-basic-rendering/ray-tracing-generating-camera-rays/generating-camera-rays.html

    特别是第二篇，分析的特别清楚！
    看完就知道要干嘛了（就是需要变换一下坐标）
*/
void Renderer::Render(const Scene& scene)
{
    // 帧缓冲区，用于保存返回的颜色
    std::vector<Vector3f> framebuffer(scene.width * scene.height);

    float scale = std::tan(deg2rad(scene.fov * 0.5f));
    float imageAspectRatio = scene.width / (float)scene.height;

    // 使用这个变量作为眼睛的位置来开始你的光线。
    Vector3f eye_pos(0);
    int m = 0;
    for (int j = 0; j < scene.height; ++j)
    {
        for (int i = 0; i < scene.width; ++i)
        {
            /*
                TODO:找到当前像素的x和y位置，以获得通过它的方向矢量。
                此外，不要忘记将它们与变量*scale*相乘，并将x(水平)变量与*imageAspectRatio*相乘
            */   
            float x = (2.0 * i / scene.width - 1.0) * scale * imageAspectRatio;
            float y = (1.0 - 2.0 *j / scene.height) * scale;

            // 别忘了归一化这个方向
            Vector3f dir = Vector3f(x, y, -1); // Don't forget to normalize this direction!
            dir = normalize(dir);

            // 调用 castRay 来获取最终的颜色
            framebuffer[m++] = castRay(eye_pos, dir, scene, 0);
        }
        // 输出一下？
        UpdateProgress(j / (float)scene.height);
    }

    // 将缓冲区的颜色保存到文件中（帧缓冲区中的信息将被保存为图像）
    FILE* fp = fopen("binary.ppm", "wb");
    (void)fprintf(fp, "P6\n%d %d\n255\n", scene.width, scene.height);
    for (auto i = 0; i < scene.height * scene.width; ++i) {
        static unsigned char color[3];
        color[0] = (char)(255 * clamp(0, 1, framebuffer[i].x));
        color[1] = (char)(255 * clamp(0, 1, framebuffer[i].y));
        color[2] = (char)(255 * clamp(0, 1, framebuffer[i].z));
        fwrite(color, 1, 3, fp);
    }
    fclose(fp);    
}

Triangle.hpp

/*
    判断射线是否和三角形相交
    用 Moller Trumbore 算法，这个直接套公式解出来就行
*/
bool rayTriangleIntersect(const Vector3f& v0, const Vector3f& v1, const Vector3f& v2, const Vector3f& orig,
                          const Vector3f& dir, float& tnear, float& u, float& v)
{
    Vector3f E1 = v1 - v0;
    Vector3f E2 = v2 - v0;
    Vector3f S = orig - v0;
    Vector3f S1 = crossProduct(dir, E2);
    Vector3f S2 = crossProduct(S, E1);

    float t = dotProduct(S2,E2) / dotProduct(S1,E1);
    float b1 = dotProduct(S1,S) / dotProduct(S1,E1);
    float b2 = dotProduct(S2,dir) / dotProduct(S1,E1);
    
    // 都 >0 才表示有解
    if(t > 0 && b1 > 0 && b2 > 0 && 1 - (b1 + b2) > 0)
    {
        tnear = t;
        u = b1;
        v = b2;
        return true;
    }

    return false;
}

光线追踪结果：

FJBQ

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