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【Games 101】HomeWork 7：路径追踪

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HomeWork 7：路径追踪

首先按照 pdf 里面的操作，将相关函数迁移过来；

IntersectP 函数最后判断的时候，需要=，不然可能会有问题：

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inline bool Bounds3::IntersectP(const Ray& ray, const Vector3f& invDir, const std::array<int, 3>& dirIsNeg) const
{
	...
    // 注意这里需要 = ，不然好像会出问题
    return t_exit >= 0.0f && t_enter <= t_exit;
}

然后就是本次作业的内容，本次作业要实现的是路径追踪函数；

这个作业是真的有点难… 主要是知识点都忘了…

建议回去看一遍视频… 然后对照课程中的伪代码一步一步比对实现

castRay 这个函数实现的就是路径追踪

具体细节看代码里面的注释！

知识点参考的是这一节课的内容：

【Games 101】Lec 16：光线追踪 4（蒙特卡罗积分，路径追踪）

Scene.cpp

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/*
    这个作业是真的有点难... 主要是知识点都忘了... 
    建议回去看一遍视频... 然后对照课程中的伪代码一步一步比对实现
    castRay 这个函数实现的就是路径追踪
    具体细节看代码里面的注释！
*/
Vector3f Scene::castRay(const Ray &ray, int depth) const
{
    // 首先，获得光线第一个打到的点（下面叫做着色点吧）
    Intersection p = intersect(ray);

    // 没打到，直接返回
    if(!p.happened) return Vector3f(0,0,0);
    
    // 如果着色点自己是光源，则直接返回
    if(p.m->hasEmission())
    {
        return p.m->getEmission();
    }

    /*
        否则，如果该着色点是非光源，按照课程讲的，则分为两部分来求：
        1. 光源对该着色点的贡献（直接对光源取样，不用RR）
        2. 其他非光源对该着色点的贡献（递归求解，用RR）
    */

    // 光线的方向
    Vector3f wo = ray.direction;
    // 这个就是第 1 项，光源对该着色点的贡献
    Vector3f L_indir(0);
    // 这个就是第 2 项，光源对该着色点的贡献
    Vector3f L_dir(0);

    /*----------------- 1. 光源对该着色点的贡献（直接对光源取样，不用RR）---------------*/

    // 对光源进行取样，得到光源的 pdf 和 光源上的点 和 光源的面积密度pdf
    Intersection inter_l;       // 在光源上的交点
    float pdf_light;                  // 光源的 pdf
    sampleLight(inter_l, pdf_light);
    Vector3f x = inter_l.coords;

    // 获得着色点p到光源（采样点）的 方向 与 距离
    float p2lightDist = (x - p.coords).norm();
    Vector3f p2lightDir = (x - p.coords).normalized();

    // 从p点向取样得到的光源方向射出一条光线wi
    Ray wi(p.coords, p2lightDir);
    // 从p点向光源方向射出一条光线得到交点 inter_tmp,为判断光源与着色点是否有物体做准备
    Intersection inter_tmp = intersect(wi);

    // 判断 着色点p 和 光源之间 中间没有物体阻隔
    if ((inter_l.coords - inter_tmp.coords).norm() < EPSILON * EPSILON)
    {
        // 这里我照着伪代码把变量都写出来了，清楚一点
        Vector3f L_i = inter_l.emit;
        Vector3f f_r = p.m->eval(wo, wi.direction, p.normal);
        // （着色点法向量）和（着色点-光源采样点 向量）之间的夹角
        float cos0 = dotProduct(wi.direction, p.normal);    
        // （光源平面法向量）和（光源采样点-着色点 向量）之间的夹角
        float cos0_ = dotProduct(-wi.direction, inter_l.normal);

        L_dir = L_i * f_r * cos0 * cos0_ / (p2lightDist * p2lightDist) / pdf_light;
    }

    /*----------------- 2. 其他非光源对该着色点的贡献（递归求解，用RR）---------------*/
    
    // 俄罗斯轮盘获得随机概率
    float P_RR = RussianRoulette;
    int seed = rand() % 10;
    // 生存概率
    if (seed * 1.0 / 10 > P_RR) return L_dir; 
        
    // 在 着色点p 取样一个新的随机方向
    Vector3f wi_new = p.m->sample(wo, p.normal);

    // 发射出去求与其他物体的交点
    Ray r(p.coords, wi_new);
    Intersection q = intersect(r);

    // 如果q点的物体不是光源
    if (q.happened && !q.obj->hasEmit())
    {
        Vector3f f_r = p.m->eval(wo, wi_new, p.normal);
        float cos0 = dotProduct(wi_new, p.normal);
        float pdf_hemi = p.m->pdf(wo,wi_new,p.normal);

        L_indir = castRay(r, depth+1) * f_r * cos0 / pdf_hemi / P_RR;
    }
    
    return L_dir + L_indir;
}

路径追踪结果：

可能是给虚拟机分配的内存和CPU数量少了… 跑了40分钟，主机的CPU也才跑了20多而已…

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