又一个Taichi语言的Ray Tracer

背景简介

这个Ray Tracer基本上是照搬了Peter Shirley的第一本小书Ray Tracing in One Weekend，在我写的时候参考的是Version 3.2.3这个版本。应该比其他中文博客删改了不少内容。果然Peter Shirley不是标题党，我在国庆期间用了2号、3号两天就写完了。~~ 期间还参考了moranzcw大佬一年前的左右 (主要是抄了几个物体的定义)及其帖子下其他人的代码，在此表示感谢。~~ (现在已经基本原创)

Taichi语言依附于Python，而我自己本身对Python不是那么的熟悉，更不用提Taichi了。Taichi语言的开发者带简化很多快速数值计算及并行开发的操作，但同时也增添了很多限制(比如我不知道class如何复制导致hit_record无法实现)。再加上python对OOP编程的不完全支持，我写的程序很不优雅，同时也没做足优化。

开发环境:Surface Book 2(15inch)上，使用Python 3.7.8+Taichi v0.8.1

这次写的ray tracer算是运用了太极图形课前两节除了元编程的其他所有内容，把该封装的都封装起来了。

原来以为是个小程序，所以写在了一个文件里，后来也懒得改了

与原书不同的是优化了random_in_unit_sphere()这个用来生成在单位球内随机一点的函数，在我的电脑上跑时(18fps+)与moranzcw大佬的程序(9fps+)相比大概能快两倍。(估计拥有更高配置显卡的大佬们能跑到实时吧)为此特地写了另一个程序来不同随机函数的可视化分布，顺便尝鲜了一下GGUI。

之后加入了一些键鼠操作和录制功能

除此之外还生成了一张书的封面图。不知道为什么原书中22*22个小球不能在我的电脑上生成，经过漫长的等待后，等我的只有被占用了11/15.9GB的内存，和因为使用虚拟内存而跑的飞快的硬盘，当然最后还是闪退了。

Vulkan内核是真快(40fps+),可惜在渲染大模型时会RE

BVH在小模型的时候只会徒增复杂度

成功效果展示

封面图(有小球卡在大球里了😂)

Cornell Box的效果

来个动图

带贴图的模型渲染(来自这儿的模型并使用PmxEditor导出)

让她站在盒子里要调参调半天,不搞了

这是使用错误的随机函数导致的效果

使用方法

点击窗口来切换视点

j,k键调整水平视角

上下左右键调整视点

s键截图

r键开启/终止录制

整体结构

-LICENSE
-|ouput                     如果开始录制的话，视频和动图会储存在这儿
-|img                       示例图片
-README.MD
-earthmap.jpg               地球贴图
-raytracing.py              本体，生成一个Cornell Box
-raytracing_withou_BVH.py   上一个未加BVH的版本,模型简单的情况极快
-dots_on_sphere.py          对随机化程序的可视化

运行方式

应该都安装好taichi了吧

python3 raytracing.py

还存在的问题

如何优雅的ODOP编程，解决类的复制与传递
~~ ti.random() 如何设置随机种子 ~~
~~ 如何声明@ti.kernel中最外层循环串行 ~~
~~ 如何管理内存 ~~
Vulkan在大模型时RE

TODO(就写写，不一定会码)

渲染一张封面图
增加显式光源，渲染一个Cornell Box
添加其他一些模型
添加材质，贴图
加入BVH
加入三维模型.obj的读取与渲染，渲染一只Standford Bunny
增加键鼠交互
跟进下一本书的内容
在学习了之后的课程后，使用更多Taichi的特性

芜湖!完结_2021.12.17

0xrabbyte/TinyRayTracer-Taichi