本書詳細闡述了與物理渲染相關的高效解決方案，主要包括幾何形狀和轉換，圖元和相交加速計算，顏色和輻射度，相機模型，采樣和重構，反射模型，材質、紋理、體散射、光源、蒙特卡羅積分、光線傳輸等內容。此外，本書還提供了相應的算法、代碼以及偽代碼，以幫助讀者進一步理解相關方案的實現過程。 本書適合作為高等院校計算機及相關專業的教材和教學參考書，也可作為相關開發人員的自學教材和參考 手冊。
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目 錄
第1章 概述 1
1.1 文學編程 1
1.2 照片級渲染和光線跟蹤算法 3
1.2.1 相機 4
1.2.2 光線-對象相交 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系統概述 11
1.3.1 執行階段 14
1.3.2 場景表達 15
1.3.3 渲染器接口與SamplerRenderer 17
1.3.4 主渲染循環 19
1.3.5 pbrt的并行機制 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 代碼優化 36
1.5.3 本書網站 37
1.5.4 系統擴展 37
1.5.5 Bug 37
1.6 進一步閱讀 38
1.7 本章練習 39
第2章 幾何形狀和轉換 40
2.1 坐標系 40
2.2 向量 41
2.2.1 運算 42
2.2.2 縮放操作 43
2.2.3 點積和叉積計算 44
2.2.4 標準化計算 46
2.2.5 基于向量的坐標系 46
2.3 點 47
2.4 法線 49
2.5 射線 50
2.6 三維包圍盒 53
2.7 轉換操作 56
2.7.1 齊次坐標 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 62
2.7.6 圍繞任意軸的旋轉行為 63
2.7.7 視見轉換 65
2.8 轉換應用 66
2.8.1 點 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 復合轉換 69
2.8.7 轉換和坐標系的左右手規則 70
2.9 動畫轉換 70
2.9.1 四元數 72
2.9.2 四元數插值 74
2.9.3 AnimatedTransform實現 75
2.10 微分幾何 79
2.11 進一步閱讀 82
2.12 本章練習 83
第3章 幾何形狀 84
3.1 基本的Shape接口 84
3.1.1 包圍機制 85
3.1.2 細化操作 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 構建過程 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 法線向量的偏導數 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 圓柱體的構造過程 99
3.3.2 圓柱體的包圍機制 101
3.3.3 圓柱體的相交計算 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 圓盤的構建過程 104
3.4.2 圓盤的包圍機制 105
3.4.3 圓盤的相交計算 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 三角形和網格 109
3.6.1 三角形 112
3.6.2 三角形相交計算 113
3.6.3 網格表面積 117
3.6.4 著色幾何體 118
3.7 表面細分 120
3.7.1 網格表達方式 122
3.7.2 網格邊界 130
3.7.3 網格細分 130
3.7.4 計算新的頂點位置 132
3.7.5 更新網格拓撲結構 137
3.7.6 極限表面和輸出結果 139
3.8 進一步閱讀 142
3.9 本章練習 143
第4章 圖元和相交加速計算 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：對象實例和動畫圖元 152
4.2 集合體 155
4.3 網格加速結構 158
4.3.1 構建過程 159
4.3.2 遍歷操作 164
4.4 包圍體層次結構 169
4.4.1 BVH構建過程 170
4.4.2 啟發式表面積計算 176
4.4.3 遍歷過程中的緊湊BVH 180
4.4.4 遍歷 182
4.5 kd樹加速結構 185
4.5.1 樹形結構的表達方式 186
4.5.2 樹形結構的構造方式 188
4.5.3 遍歷操作 196
4.6 調試聚合體 200
4.6.1 尋找聚合體中的bug 201
4.6.2 修復幾何體中的bug 204
4.6.3 聚合體性能問題 204
4.7 進一步閱讀 205
4.7.1 網格 205
4.7.2 包圍體層次結構 205
4.7.3 kd樹 207
4.7.4 啟發式表面積方案 207
4.7.5 其他加速結構 208
4.8 本章練習 209
第5章 顏色和輻射度 212
5.1 光譜表達方式 212
5.1.1 Spectrum類型 213
5.1.2 CoefficientSpectrum實現 214
5.2 SampledSpectrum類 216
5.2.1 XYZ顏色 219
5.2.2 RGB顏色 222
5.3 RGBSpectrum實現 227
5.4 輻射度測量學的基本知識 229
5.4.1 基本量值 230
5.4.2 入射和出射輻射度函數 233
5.4.3 亮度和光度測定 233
5.5 與輻射積分協同工作 234
5.5.1 投影立體角的積分運算 235
5.5.2 球體坐標的積分運算 235
5.5.3 面積積分運算 237
5.6 表面反射 239
5.6.1 BRDF 239
5.6.2 BSSRDF 240
5.7 進一步閱讀 241
5.8 本章練習 242
第6章 相機模型 243
6.1 相機模型概述 243
6.2 投影相機模型 246
6.2.1 正交相機 247
6.2.2 透視相機 250
6.2.3 景深 253
6.3 環境相機 257
6.4 進一步閱讀 258
6.5 本章練習 259
第7章 采樣和重構 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 理想采樣狀態和重構 263
7.1.3 鋸齒 266
7.1.4 抗鋸齒技術 267
7.1.5 圖像合成技術 269
7.1.6 渲染中的鋸齒來源 269
7.1.7 理解像素數據 270
7.2 圖像采樣接口 271
7.3 分層采樣 &nbs
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