基于随机渐进式光子映射（SPPM）算法实现的光线追踪（完整源码+说明）.zip

# ray-tracing 这是THU2021秋高等图形学大作业。 本作业使用随机渐进式光子映射（SPPM, Stochastic Progressive Photon Mapping）算法，支持如下效果：景深、抗锯齿、贴图、凹凸贴图、参数曲面求交、复杂网格模型以及算法加速。结果在results文件夹下，其中result1.bmp和result2.bmp除了一些参数的调整场景基本一样，result3.bmp使用了景深相机。在这个场景里，苹果是贴图和凹凸贴图，墙壁、桌子和书是贴图，旁边的阿尔托花瓶是参数曲面，苹果和兔子（一共7w三角面片）是复杂网格模型以及算法加速，玻璃球和兔子后面是焦散。SPPM自带了抗锯齿效果。result4.bmp是一个人物模型，它展现了程序读取复杂obj的能力。 使用到的资源有：stanford-bunny.obj, galaxy.ppm, desk/desk.obj, desk/desk.ppm, food_apple_01_8k.obj, book_final/book.obj, book_final/book.ppm, miku/append.obj, miku/append.mtl。 由于是Windows下用vscode cmake+mingw64 GCC8.1.0编译，所以有一些路径设置为绝对路径。如果要在linux下编译，可将main函数里的path设定为对应path。path指的是resource路径的上一级。 ## 源码细节 代码在src文件夹和include文件夹下。 Object：`bspline.hpp, bspline.cpp, group.hpp, group.cpp, mesh.hpp, mesh.cpp, plane.hpp, sphere.hpp, triangle.hpp`。所有基本物体都继承于Object抽象类，它包含生成AABB包围盒、计算交点等函数。Mesh类实现了读入obj文件中的顶点坐标、纹理坐标、法线坐标的方法。场景中所有的Object用ObjectGroup类管理，它不继承任何类。它储存Object指针，和用AABB包围盒生成的KD树结构。KD树加速求交的代码在`group.cpp`。 Material：`material.hpp, material_read.hpp, material_read.cpp`。使用Phong模型，可以支持读.mtl文件中的Material。 Color：`color.hpp, texture.hpp` 。Color基类储存一个基本颜色，Texture类和TriangleTexture类继承它，用于实现纹理。 Ray：`ray.hpp` 。储存光线的原点和方向。 Light：`light.hpp`。使用点光源。 Camera：`camera.hpp`。里面有PerspectiveCamera是基本的针孔相机模型，DepthFieldCamera是景深相机，它接受透镜位置和物体位置和光圈大小生成光线。 参数曲面：`bspline.hpp, bspline.cpp, utils.hpp`。使用17个控制点的3次B样条曲线，由于场景里做的是一个玻璃花瓶（由两层曲面和上面一个圆环，下面两个底组成），所以只需要解3次方程即可。解3次方程的实现在`utils.hpp`。 SPPM：`sppmhit.cpp, scene.hpp, scene.cpp, main.cpp`。SPPM的算法由Scene和main函数本身实现。main函数里每个round里实现两个pass，一开始先设定捕捉光子的范围，对于第一个pass，它发射相机光线，调用Scene::trace，将命中点储存在real_sppmhits。然后它调用Scene::buildHashGrid建立hash grid。然后到第二个pass，它发射1e6个光子，光子每到一个漫反射面就调用Scene::updateHit更新命中点参数。每个round的最后使用real_sppmhits更新sppmhit，将颜色做平均。