【Ray Tracing in One Weekend】（ch3）射线类

Chapter 3: Rays, a simple camera, and background

所有的 Ray Tracer 都有的一个类便是 Ray 类了。

一条射线上一点的公式如下：

$p(t) = A + t*B.$

$p(t)$便是射线（由三维空间中一点及一条由此点出发的直线构成）上任意一点。$A$是射线起点的向量，$B$是射线方向的向量。

其代码 Ray.h 如下

//#ifdef RAYH
//#define RAYH
//#endif
#include "Vec3.h"

class Ray
{
public:
    Ray(){}
    Ray(const Vec3& a, const Vec3& b) { A = a; B = b; }
    Vec3 origin() const { return A; }
    Vec3 direction() const { return B; }
    Vec3 point_at_parameter(float t) const { return A + t*B; }

    Vec3 A;
    Vec3 B;
};

Ray Tracer 的核心便是发射射线，然后计算这些射线方向上分别应显示什么颜色。

At the core of a ray tracer is to send rays through pixels and compute what color is seen in the direction of those rays.This is of the form calculate which ray goes from the eye to a pixel, compute what that ray intersects, and compute a color for that intersection point. 。

作者建议，应code一个简易的camera，同时编写一个color方法来return背景的颜色。

作者把eye也就是camera放在（0，0，0）这个点，然后使用右手坐标系，y轴正方向向上，x轴正方向向右，z轴正方向向外，同时用u、v两个偏移向量表示点距左下角的距离。

注意此时并没有给出射线的方向向量的单位长度值，是为了方便起见。

此时 Main.cpp 中的 code 如下:

#include <iostream>
#include <fstream>
#include "Ray.h"
using namespace std;


Vec3 Color(const Ray& r)
{
    Vec3 unit_direction = unit_vector(r.direction());
    float t = 0.5f*(unit_direction.y() + 1.0f);

    //(1-t)*白色+t*蓝色，结果是一个蓝白的渐变
    return (1.0f - t)*Vec3(1.0, 1.0, 1.0) + t*Vec3(0.5, 0.7, 1.0);
}

int main()
{

    ofstream outfile;
    outfile.open("firstImage.ppm");

    int nx = 200;
    int ny = 100;
    outfile << "P3\n" << nx << " " << ny << "\n255\n";

    Vec3 lower_left_corner(-2.0f, -1.0f, -1.0f);
    Vec3 horizontal(4.0f, 0.0f, 0.0f);
    Vec3 vertical(0.0f, 2.0f, 0.0f);
    Vec3 origin(0.0f, 0.0f, 0.0f);


    for (int j = ny - 1; j >= 0; j--)
    {
        for (int i = 0; i < nx; i++)
        {
            float u = float(i) / float(nx);
            float v = float(j) / float(ny);
            Ray r(origin, lower_left_corner + u*horizontal + v*vertical);
            Vec3 col = Color(r);
            int ir = int(255.99*col[0]);
            int ig = int(255.99*col[1]);
            int ib = int(255.99*col[2]);
            outfile << ir << " " << ig << " " << ib << "\n";
        }
    }
    outfile.close();
    return 0;
}

此时就很像：从像素块中央拿着一个个小的望远镜（一条条射线）看向场景，观察到颜色，然后填在像素块里。

最后所得效果：

这里还需要解释一个概念叫做 linear blend 也叫 linear interpolation 或 lerp。即 线性插值。

blended_value = (1-t)*start_value + t*end_value