[网络协议]Games101 作业7 路径追踪

???????学霸笔记

???????还是学霸笔记

???????写这个作业写 $bug$ 写到吐了，首先强调一点，$window$ 下跑这份代码的同学，需要修改 $global.cpp$ 中的 $get\_random\_float$ 函数，不然你的这个"随机函数"每次都是跑出来相同的结果（而且改了这个函数显著的提升效率，$linux$ 的同学应该也可以改改）。

???????修改如下👇

static std::random_device dev;
static std::mt19937 rng(dev());
static std::uniform_real_distribution<float> dist(0.f, 1.f); // distribution in range [1, 6]

inline float get_random_float()
{
    return dist(rng);
}

???????前三个函数参考作业6，差异在于 $IntersectP$ 函数的判别条件，因为这个灯 tmd 没有厚度，你以文本格式查看 $light.obj$ 可以发现它的顶点 $Y$ 值相同。而路径追踪中，间接光照的最终光来源都是灯，如果与灯求交都是 $false$，那最终的结果肯定是全黑。

return (t_enter < t_exit) && (t_exit >= 0);

???????改为👇

return (t_enter <= t_exit) && (t_exit >= 0);

???????$castRay$ 函数我按 $shade$ 函数的伪代码来实现，其中第二个参数 $depth$ 貌似没用，所以我去掉了。代码如下👇

Vector3f Scene::castRay(const Ray &ray) const
{
    // TO DO Implement Path Tracing Algorithm here
    Intersection inter = this->intersect(ray);
    if (inter.happened){

        if (inter.m->hasEmission()){            // look directly at the light
            return inter.m->getEmission();
        }

        Vector3f L_dir, L_indir;
        Intersection pos;
        float pdf = 0;
        sampleLight(pos, pdf);
        Vector3f wo = ray.direction;

        Vector3f p = inter.coords;
        Vector3f N = inter.normal;

        Vector3f x = pos.coords;
        Vector3f NN = pos.normal;
        Vector3f emit = pos.emit;
        Vector3f ws = normalize(x - p);
        float length_sq = length_square(x - p);     // square of distance, write by yourself
        Ray light(p, ws);
        Intersection tmp_pos = this->intersect(light);

        if (tmp_pos.happened && length_square(tmp_pos.coords - x) <= EPSILON){
            L_dir = emit * inter.m->eval(wo, ws, N) * dotProduct(ws, N) * dotProduct(-ws, NN)
                    / length_sq / pdf;
        }

        if (get_random_float() <= RussianRoulette){     // if > RussianRoulette, L_indir = 0
            Vector3f wi = normalize(inter.m->sample(wo, N));
            Ray reflect(p, wi);
            Intersection re_inter = this->intersect(reflect);
            if (re_inter.happened && !re_inter.m->hasEmission()){
                L_indir = castRay(reflect) * inter.m->eval(wo, wi, N) * dotProduct(wi, N)
                        / inter.m->pdf(wo, wi, N) / RussianRoulette;
            }
        }

        return L_dir + L_indir;

    }

    return Vector3f{};
}

???????几个关键的点：

1. 直视灯光的时候应该直接把灯光显示出来，即返回灯光的自发光 emission

2. 伪代码部分的 $L\_dir$ 计算是有小错误的，$cos{\theta }^{\prime }$ 对应的 $dot(ws,NN)$ 应改为 $dot(?ws,NN)$,理由如下图所示，计算 $cos{\theta }^{\prime }$ 时需要把 $ws$ 的方向倒置。
   

3. 光线中间无阻碍理解为最终的交点相近，精度误差控制自行定义。

4. 求 $L\_indir$ 时，$castRay$ 的函数入口处的 $!re\_inter.m?>hasEmission()$ 保证了下一个交点不是光源，所以能保证 $inter.m?>getEmission()$ 只在直视灯光时返回结果。

???????$SPP=1$ 👇

???????$SPP=200$ 👇

???????$SPP=20$, $cntofsample=20$ 👇