/cpp-raytracer

Primary LanguageC++

Raytracer

Le programme utlise des scènes au format YAML pour créer une image représentant la scène. Les scènes sont à placer dans le dossier scenes à la racine du projet.

Scène

Le fichier détaillant la scène est constitué de plusieurs attributs:

  • name -> le nom de la scène qui apparait dans le sélecteur de scènes et qui sera le nom de l'image générée.

  • light / lights -> la/les lumière(s) utilisée(s) pour éclairer la scène.

  • camera -> la caméra qui enregistre tout ce qu'elle voit dans la scène.

  • objects -> les objets de la scène (plane, square, spheres, cubes, ...)

Chacun de ces attributs possède d'autres attributs mais certains leurs sont communs, tels que:

- position -> qui possède 3 attributs (x, y et z) qui est donc la position de l'entité. Peut être definie sur les entités: light, camera, objet. Si elle n'est pas définie, la position de l'entité sera par défaut x:0.0, y:0.0, z:0.0.

- rotation -> qui possède 3 attributs (x, y et z) qui est donc la rotation de l'entité en degrés. Peut être définie sur les entités: light, camera, objet. Si elle n'est pas definie, la position de l'entité sera par défaut x:0.0, y:0.0, z:0.0.

Sur l'entité light, il est possible d'ajouter certains attributs:

- diffuse -> qui possède 3 attributs (r, g et b) qui est la couleur de la lumière diffuse. Peut être définie sur light et tous les attributs material. Si elle n'est pas définie, la lumière sera blanche -> r = g = b = 255.
- speculaire -> qui possède 3 attributs (r, g et b) qui est la couleur de la lumière spéculaire. Peut être définie sur light et tous les attributs material. Si elle n'est pas définie, la lumière sera blanche -> r = g = b = 255

light:
  position:
    x: 1.0
    y: -3.0
    z: -0.5
  diffuse:
    r: 204.0
    g: 204.0
    b: 204.0
  specular:
    r: 128.0
    g: 128.0
    b: 128.0

Sur l'entité camera, il est possible d'ajouter certains attributs:

- shadow -> qui active ou non les ombres sur la scène (true ou false).
- resolution -> qui prend 2 attributs (width et height) qui est la taille de l'image.
- focal -> qui est la distance focale de la camera.
- position
- rotation

Exemple:

camera:  
  shadow: true  
  resolution:  
    width: 480  
    height: 480  
  focal: 2.0  
  position:  
    x: 0.0  
    y: -1.0  
    z: 0.5  
  rotation:  
    x: 10.0  
    y: 0  
    z: 0

Sur l'attribut objects, on peut ajouter plusieurs objets dont le nom de l'attribut est à notre choix, exemple:

objects:  
    premiere_sphere:  
        ...  
    deuxieme_sphere:  
        ...  
    mon_plane: 
        ...

Chacun de ces attributs sera considéré comme un objet, ces objets ont plusieurs attributs:

- type -> une string définissant le type de l'objet ("sphere", "cube", "plane", "square", ...).
- position
- rotation
- material -> qui prend l'attribut ambiant (qui est la couleur par défaut d'un objet en r, g et b), l'attribut diffuse, l'attribut specular et l'attibut shininess (qui représente la brillance)
- scale -> qui modifie la taille de l'objet: peut être un réel ou un vecteur (x, y, z)

objects:
  sphere1:
    type: "sphere"
    position:
      x: 0.0
      y: -0.6
      z: -0.8
    material:
      ambiant:
        r: 25
        g: 128
        b: 25
      diffuse:
        r: 64
        g: 64
        b: 64
      specular:
        r: 191
        g: 191
        b: 191
      shininess: 3.0

L'attribut materials vient sous deux forme: material et materials. materials permet de specifier deux matériaux à utiliser pour l'objet. Il faut specifier l'attribut type ("checkerboard" ou "stripes" pour damier ou lignes) et ajouter un "-" pour definir les deux matériaux.

objects:
  square1:
    type: "plane"
    position:
      x: 0.0
      y: 0.0
      z: -1.0
    rotation:
      x: 90
      y: 0.0
      z: 0.0
    materials:
      - type: "checkerboard"
      - ambiant:
          r: 0
          g: 120
          b: 214
        diffuse:
          r: 64
          g: 64
          b: 64
        specular:
          r: 191
          g: 191
          b: 191
        shininess: 3.0
      - ambiant:
          r: 241
          g: 79
          b: 33
        diffuse:
          r: 64
          g: 64
          b: 64
        specular:
          r: 191
          g: 191
          b: 191
        shininess: 3.0

Les matériaux peuvent utiliser des textures, il suffit de spécifier le chemin vers la texture dans un attribut texture:

  ...
    material:
      ambiant:
        r: 128
        g: 128
        b: 128
      diffuse:
        r: 64
        g: 64
        b: 64
      specular:
        r: 191
        g: 191
        b: 191
      shininess: 3.0
      texture: "textures/monimage.png"

(Attention, les chemins relatifs vers les textures sont relatifs par rapport au dossier scenes. Par exemple, ici, le fichier sera cherché dans scenes/textures/monimage.png)

Des exemple de scènes sont disponibles dans le dossier scenes.

Volumes implémentés

  • Cube
  • Plane
  • Sphere
  • Square
  • Triangle
  • Cylinder

Algorithmes utilisés

Illumination : Ombrage de Phong

Matrice : Élimination de Gauss-Jordan pour l'inversion

Fonctionnement du programme

Création de l'image dans la fonction render() de la classe Scene, utilise getImpactColor() de la classe Camera.

main() : gestion de la GUI, et appel à la fonction render() pour une scène donnée.

Les classes mathématiques (Point, Vector, Matrice, Ray) sont dans le dossier maths (.cpp dans src/maths, .hpp dans include/maths) et les classes concernant la scène (Entity, Object, Camera, Color, Material, ...) sont dans le dossier scene (.cpp dans src/scene, .hpp dans include/scene).

Répartition des tâches

Axel COCAT (robot0) : Classes maths (Ray, Point, Vector, Matrice, ...), GUI, multithread.

Yohann JERRAIN (Kryod) : Classes scène (Entity, Scene, Object, Square, Plane, Sphere, Camera, Light, ...), ombres, parsing scène -> yaml, readme.

Bibliothèques utilisées