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目 錄

第1章 概述 1

1.1 文學(xué)編程 1

1.2 照片級(jí)渲染和光線跟蹤算法 3

1.2.1 相機(jī) 4

1.2.2 光線-對(duì)象相交 5

1.2.3 光照分布 6

1.2.4 可見性 7

1.2.5 表面散射 7

1.2.6 遞歸光線跟蹤 8

1.2.7 光線傳播 9

1.3 pbrt系統(tǒng)概述 11

1.3.1 執(zhí)行階段 14

1.3.2 場(chǎng)景表達(dá) 15

1.3.3 渲染器接口與SamplerRenderer 17

1.3.4 主渲染循環(huán) 19

1.3.5 pbrt的并行機(jī)制 27

1.3.6 WHITTED光線跟蹤積分器 31

1.4 如何閱讀本書 35

1.5 使用并理解程序代碼 36

1.5.1 指針或引用 36

1.5.2 代碼優(yōu)化 36

1.5.3 本書網(wǎng)站 37

1.5.4 系統(tǒng)擴(kuò)展 37

1.5.5 Bug 37

1.6 進(jìn)一步閱讀 38

1.7 本章練習(xí) 39

第2章 幾何形狀和轉(zhuǎn)換 40

2.1 坐標(biāo)系 40

2.2 向量 41

2.2.1 運(yùn)算 42

2.2.2 縮放操作 43

2.2.3 點(diǎn)積和叉積計(jì)算 44

2.2.4 標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算 46

2.2.5 基于向量的坐標(biāo)系 46

2.3 點(diǎn) 47

2.4 法線 49

2.5 射線 50

2.6 三維包圍盒 53

2.7 轉(zhuǎn)換操作 56

2.7.1 齊次坐標(biāo) 57

2.7.2 基本操作 58

2.7.3 平移 59

2.7.4 縮放操作 61

2.7.5 x，y，z軸旋轉(zhuǎn) 62

2.7.6 圍繞任意軸的旋轉(zhuǎn)行為 63

2.7.7 視見轉(zhuǎn)換 65

2.8 轉(zhuǎn)換應(yīng)用 66

2.8.1 點(diǎn) 67

2.8.2 向量 67

2.8.3 法線 68

2.8.4 射線 68

2.8.5 包圍盒 69

2.8.6 復(fù)合轉(zhuǎn)換 69

2.8.7 轉(zhuǎn)換和坐標(biāo)系的左右手規(guī)則 70

2.9 動(dòng)畫轉(zhuǎn)換 70

2.9.1 四元數(shù) 72

2.9.2 四元數(shù)插值 74

2.9.3 AnimatedTransform實(shí)現(xiàn) 75

2.10 微分幾何 79

2.11 進(jìn)一步閱讀 82

2.12 本章練習(xí) 83

第3章 幾何形狀 84

3.1 基本的Shape接口 84

3.1.1 包圍機(jī)制 85

3.1.2 細(xì)化操作 86

3.1.3 相交行為 87

3.1.4 避免自相交行為 88

3.1.5 幾何體著色 88

3.1.6 表面積 89

3.1.7 多面性 89

3.2 球體 89

3.2.1 構(gòu)建過(guò)程 91

3.2.2 包圍體 91

3.2.3 相交 92

3.2.4 局部球體 94

3.2.5 法線向量的偏導(dǎo)數(shù) 96

3.2.6 DifferentialGeometry的初始化操作 97

3.2.7 表面積 98

3.3 圓柱體 99

3.3.1 圓柱體的構(gòu)造過(guò)程 99

3.3.2 圓柱體的包圍機(jī)制 101

3.3.3 圓柱體的相交計(jì)算 101

3.3.4 局部圓柱體 102

3.3.5 圓柱體的表面積 103

3.4 圓盤 103

3.4.1 圓盤的構(gòu)建過(guò)程 104

3.4.2 圓盤的包圍機(jī)制 105

3.4.3 圓盤的相交計(jì)算 105

3.4.4 圓盤的表面積 106

3.5 其他二次表面 107

3.5.1 圓錐體 107

3.5.2 拋物面 108

3.5.3 雙曲面 108

3.6 三角形和網(wǎng)格 109

3.6.1 三角形 112

3.6.2 三角形相交計(jì)算 113

3.6.3 網(wǎng)格表面積 117

3.6.4 著色幾何體 118

3.7 表面細(xì)分 120

3.7.1 網(wǎng)格表達(dá)方式 122

3.7.2 網(wǎng)格邊界 130

3.7.3 網(wǎng)格細(xì)分 130

3.7.4 計(jì)算新的頂點(diǎn)位置 132

3.7.5 更新網(wǎng)格拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 137

3.7.6 極限表面和輸出結(jié)果 139

3.8 進(jìn)一步閱讀 142

3.9 本章練習(xí) 143

第4章 圖元和相交加速計(jì)算 148

4.1 圖元接口和幾何圖元 148

4.1.1 幾何圖元 151

4.1.2 TransformedPrimitive：對(duì)象實(shí)例和動(dòng)畫圖元 152

4.2 集合體 155

4.3 網(wǎng)格加速結(jié)構(gòu) 158

4.3.1 構(gòu)建過(guò)程 159

4.3.2 遍歷操作 164

4.4 包圍體層次結(jié)構(gòu) 169

4.4.1 BVH構(gòu)建過(guò)程 170

4.4.2 啟發(fā)式表面積計(jì)算 176

4.4.3 遍歷過(guò)程中的緊湊BVH 180

4.4.4 遍歷 182

4.5 kd樹加速結(jié)構(gòu) 185

4.5.1 樹形結(jié)構(gòu)的表達(dá)方式 186

4.5.2 樹形結(jié)構(gòu)的構(gòu)造方式 188

4.5.3 遍歷操作 196

4.6 調(diào)試聚合體 200

4.6.1 尋找聚合體中的bug 201

4.6.2 修復(fù)幾何體中的bug 204

4.6.3 聚合體性能問(wèn)題 204

4.7 進(jìn)一步閱讀 205

4.7.1 網(wǎng)格 205

4.7.2 包圍體層次結(jié)構(gòu) 205

4.7.3 kd樹 207

4.7.4 啟發(fā)式表面積方案 207

4.7.5 其他加速結(jié)構(gòu) 208

4.8 本章練習(xí) 209

第5章 顏色和輻射度 212

5.1 光譜表達(dá)方式 212

5.1.1 Spectrum類型 213

5.1.2 CoefficientSpectrum實(shí)現(xiàn) 214

5.2 SampledSpectrum類 216

5.2.1 XYZ顏色 219

5.2.2 RGB顏色 222

5.3 RGBSpectrum實(shí)現(xiàn) 227

5.4 輻射度測(cè)量學(xué)的基本知識(shí) 229

5.4.1 基本量值 230

5.4.2 入射和出射輻射度函數(shù) 233

5.4.3 亮度和光度測(cè)定 233

5.5 與輻射積分協(xié)同工作 234

5.5.1 投影立體角的積分運(yùn)算 235

5.5.2 球體坐標(biāo)的積分運(yùn)算 235

5.5.3 面積積分運(yùn)算 237

5.6 表面反射 239

5.6.1 BRDF 239

5.6.2 BSSRDF 240

5.7 進(jìn)一步閱讀 241

5.8 本章練習(xí) 242

第6章 相機(jī)模型 243

6.1 相機(jī)模型概述 243

6.2 投影相機(jī)模型 246

6.2.1 正交相機(jī) 247

6.2.2 透視相機(jī) 250

6.2.3 景深 253

6.3 環(huán)境相機(jī) 257

6.4 進(jìn)一步閱讀 258

6.5 本章練習(xí) 259

第7章 采樣和重構(gòu) 260

7.1 采樣理論 260

7.1.1 頻率范圍和傅里葉變換 261

7.1.2 理想采樣狀態(tài)和重構(gòu) 263

7.1.3 鋸齒 266

7.1.4 抗鋸齒技術(shù) 267

7.1.5 圖像合成技術(shù) 269

7.1.6 渲染中的鋸齒來(lái)源 269

7.1.7 理解像素?cái)?shù)據(jù) 270

7.2 圖像采樣接口 271

7.3 分層采樣 &nbs