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GAMES101-现代计算机图形学学习笔记（作业06） 在之前的练习中，我们实现了 Whitted-Style Ray Tracing 算法，并且用 BVH 等加速结构对于求交过程进行了加速。在本次实验中，我们将在上一次实验的基 础上实现完整的 Path Tracing 算法。至此，我们已经来到了光线追踪版块的最后 一节内容

在之前的编程练习中，我们实现了基础的光线追踪算法，具体而言是光线传 输、光线与三角形求交。我们采用了这样的方法寻找光线与场景的交点：遍历场景 中的所有物体，判断光线是否与它相交。在场景中的物体数量不大时，该做法可以 取得良好的结果，但当物体数量增多、模型变得更加复杂，该做法将会变得非常低 效。因此，我们需要加速结构来加速求交过程。在本次练习中，我们重点关注物体 划分算法 Bounding Volume Hierarchy (BVH)。本练习要求你实现 Ray-Bounding Volume 求交与 BVH 查找。

本次作业的任务是填写一个旋转矩阵和一个透视投影矩阵。给定三维下三个 点 v0(2.0, 0.0, −2.0), v1(0.0, 2.0, −2.0), v2(−2.0, 0.0, −2.0), 你需要将这三个点的坐 标变换为屏幕坐标并在屏幕上绘制出对应的线框三角形 (在代码框架中，我们已 经提供了 draw_triangle 函数，所以你只需要去构建变换矩阵即可)。简而言之， 我们需要进行模型、视图、投影、视口等变换来将三角形显示在屏幕上。在提供 的代码框架中，我们留下了模型变换和投影变换的部分给你去完成。

在这部分的课程中，我们将专注于使用光线追踪来渲染图像。在光线追踪中 最重要的操作之一就是找到光线与物体的交点。一旦找到光线与物体的交点，就 可以执行着色并返回像素颜色。在这次作业中，我们需要实现两个部分：光线的 生成和光线与三角的相交。本次代码框架的工作流程为： 1. 从 main 函数开始。我们定义场景的参数，添加物体（球体或三角形）到场景 中，并设置其材质，然后将光源添加到场景中。 2. 调用 Render(scene) 函数。在遍历所有像素的循环里，生成对应的光线并将 返回的颜色保存在帧缓冲区（framebuffer）中。在渲染过程结束后，帧缓冲 区中的信息将被保存为图像。 3. 在生成像素对应的光线后，我们调用 CastRay 函数，该函数调用 trace 来 查询光线与场景中最近的对象的交点。 4. 然后，我们在此交点执行着色。我们设置了三种不同的着色情况，并且已经 为你提供了代码。 你需要修改的函数是： • Renderer.cpp 中的 Render()：这里你需要为每个像素生成一条对应的光 线，然后调用函数 castRay() 来得到颜色，最后将颜色存储在帧缓冲区的相 应像素中。 • Triangle.hpp 中的 rayTriangleIntersect(): v0, v1, v2 是三角形的三个 顶点， orig 是光线的起点， dir 是光线单位化的方向向量。 tnear, u, v 是你需 要使用我们课上推导的 Moller-Trumbore 算法来更新的参数。

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在这次编程任务中，我们会进一步模拟现代图形技术。我们在代码中添加了 Object Loader(用于加载三维模型), Vertex Shader 与 Fragment Shader，并且支持 了纹理映射。 而在本次实验中，你需要完成的任务是: 1. 修改函数 rasterize_triangle(const Triangle& t) in rasterizer.cpp: 在此 处实现与作业 2 类似的插值算法，实现法向量、颜色、纹理颜色的插值。 2. 修改函数 get_projection_matrix() in main.cpp: 将你自己在之前的实验中 实现的投影矩阵填到此处，此时你可以运行 ./Rasterizer output.png normal 来观察法向量实现结果。 3. 修改函数 phong_fragment_shader() in main.cpp: 实现 Blinn-Phong 模型计 算 Fragment Color. 4. 修改函数 texture_fragment_shader() in main.cpp: 在实现 Blinn-Phong 的基础上，将纹理颜色视为公式中的 kd，实现 Texture Shading Fragment Shader. 5. 修改函数 bump_fragment_shader() in main.cpp: 在实现 Blinn-Phong 的 基础上，仔细阅读该函数中的注释，实现 Bump mapping. 6. 修改函数 displacement_fragment_shader() in main.cpp: 在实现 Bump mapping 的基础上，实现 displacement mapping.