光线追踪技术以及c++实现心得

光线追踪原理

光线追踪是一种基于物理原理的渲染方法，它通过模拟光线在场景中的传播来生成图像。光线追踪的核心思想是将场景中的物体看作是光源和材质的组合，然后通过计算光线与物体的交点来确定像素的颜色。

轴对齐包围盒AABB

在光线追踪中，AABB（Axis-Aligned Bounding Box）是一种常用的加速结构，用于快速判断光线是否与物体相交。AABB是一个包围盒，它与物体的每个面都平行，并且包围了物体的所有顶点。通过判断光线与AABB的相交情况，可以快速排除大部分不相交的物体，提高光线追踪的效率。

大家还记得三维空间中的射线参数方程吗：

其中， 是参数， 是射线起点， 是射线方向向量。

利用平板法，可以得知射线是否与AABB相交，平板法的基本思想是通过计算射线与AABB的每个面相交的参数范围，然后检查这些范围是否重叠。

compute (tx0, tx1)
compute (ty0, ty1)
compute (tz0, tz1)
return overlap ? ((tx0, tx1), (ty0, ty1), (tz0, tz1))

加速结构bvh

在光线追踪中，其实大部分时间都浪费在判断光线是否与场景中的三角形面相交上，当模型面数多起来的时候，速度会显著变慢，这是就要用到BVH（Bounding Volume Hierarchy）是一种常用的加速结构，用于快速判断光线是否与物体相交。BVH是一种树形结构，它将场景中的物体划分为若干个小的包围盒，然后将这些包围盒按照一定的规则组织成一棵树。通过判断光线与BVH的相交情况，可以快速排除大部分不相交的物体，提高光线追踪的效率。

strcut BVH_Node{
    AABB box;
    BVH_Node* left;
    BVH_Node* right;
    int n,index;
}

上面是一个简单定义的bvh节点类型，其中n是该节点所包含三角形个数，只有在该节点为叶子节点才有用，不为叶子节点则n为0。 index是该节点所包含的第一个三角形的索引。