光线追踪算法——过程纹理

1. 过程纹理的概念

过程纹理通过编写代码来生成相应的颜色值,而不是从图像中获取颜色值。相比较从图像中获取颜色而言,过程纹理的优点是可以对空间中的任意一点定义纹理,并且不需要额外的存储空间来存储图像。通常某些具有数学表达式的图像可以很好地通过过程纹理来实现。过程纹理计算空间中某个点的纹理时可能需要花费更多的时间,从图像获取只需要直接获取即可。

2. 3D棋盘过程纹理

3D棋盘过程纹理可以通过数学表达式来表示,具体代码如下:

Color Checker(const Point3f& point)
{
  const Float size = 100.0f;
  const Float BIAS = -0.000187453738;
  const Float x = point.x_ + BIAS, y = point.y_ + BIAS, z = point.z_ + BIAS;

  if ((static_cast<int>(floor(x / size)) +
       static_cast<int>(floor(y / size)) +
       static_cast<int>(floor(z / size))) % 2 == 0)
    return Color(0.0, 0.0, 0.0);
  else
    return Color(1.0, 1.0, 1.0);
}

代码中通过空间中的点的坐标计算该点的颜色值,这里显示了白与黑两种颜色值。
在使用3D棋盘纹理时,需要注意白色与黑色边界处的纹理,因为精度的关系可以导致图像中出现白点与黑点交错的情况,需要使用BIAS来进行处理。

3. 渲染场景

给出一个代码的渲染场景如下:

光线追踪算法——过程纹理

场景生成代码:

std::shared_ptr<World> BuildTexture( )
{
  std::shared_ptr<World> world = std::make_shared<World>(std::make_shared<Whitted>( ));

  world->AddLight(std::make_shared<PointLight>(Point3f(400, 400, -200), 3.0));
  world->AddSurface(std::make_shared<Sphere>(Point3f(50, 0, -500), 50,
                                             std::make_shared<Transparent>(Color(120.0 / 256.0, 20.0 / 256.0, 120.0 / 256.0), 1.4 / 1.0)));
  world->AddSurface(std::make_shared<Sphere>(Point3f(0, -20, -400), 30,
                                             std::make_shared<Transparent>(Color(25.0 / 256.0, 25.0 / 256.0, 112.0 / 256.0), 1.2 / 1.0)));
  TexturePtr texture = std::make_shared<ProcessTexture>(Checker);
  world->AddSurface(std::make_shared<Plane>(Point3f(0, -50, 0), Normal3f(0, 1, 0),
                                            std::make_shared<VARMatte>(texture)));
  return world;
}

场景中使用两个具有反射与折射材质的球体放于水平面上,水平面的纹理通过过程纹理产生。在图中可以看到靠近水平线地区的纹理存在锯齿现象,这是因为在像素平面上靠近水平线处的像素会覆盖无限大的面积,通过使用采样技术可以解决一些锯齿现象,但是无法完全解决,这里在每个像素中使用了16个采样点进行抖动采样。

转自: Leptus

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