0196-增加地面大球

环境

• Time 2022-11-15
• WSL-Ubuntu 22.04
• Rust 1.65.0

前言

说明

参考：https://raytracing.github.io/books/RayTracingInOneWeekend.html

目标

前一篇已经增加了可以处理球体的渲染，这里增加一个列表来存储所有可以渲染的物体。
然后增加一个地面大球，渲染到图片上。

hittable.rs

use crate::ray::Ray;
use crate::vector3::{Point3, Vector3};

pub trait Hit {
    fn hit(&self, ray: &Ray, min: f64, max: f64) -> Option<HitRecord>;
}

pub struct HitRecord {
    pub point: Point3,
    pub normal: Vector3,
    pub t: f64,
}

pub type World = Vec<Box<dyn Hit>>;

impl Hit for World {
    fn hit(&self, ray: &Ray, min: f64, max: f64) -> Option<HitRecord> {
        let mut result = None;
        let mut nearest = max;

        // 找到一个最近的
        for hittable in self {
            if let Some(record) = hittable.hit(ray, min, nearest) {
                nearest = record.t;
                result = Some(record);
            }
        }

        result
    }
}

main.rs

use hittable::Hit;
use ray::Ray;
use sphere::Sphere;
use vector3::{Color, Point3, Vector3};

use crate::hittable::World;

mod hittable;
mod ray;
mod sphere;
mod vector3;

fn main() {
    // 图片的比例，和宽高
    const RATIO: f64 = 16.0 / 9.0;
    const WIDTH: u64 = 400;
    const HEIGHT: u64 = (WIDTH as f64 / RATIO) as u64;

    // 相机
    let view_height = 2.0;
    // 图片的比例应该和照射的显示的图形比例一致
    let view_width = RATIO * view_height;
    // 将其固定在 z 轴远离原点一个单位的距离
    let focal_length = 1.0;

    let origin = Point3::default();

    // 水平向量
    let horizontal = Vector3::new(view_width, 0.0, 0.0);
    // 垂直向量
    let vertical = Vector3::new(0.0, view_height, 0.0);

    // 将视角移动到水平和垂直向量构成的面的正中间，并且 z 为 1 的距离
    let lower_left_corner =
        origin - horizontal / 2.0 - vertical / 2.0 - Vector3::new(0.0, 0.0, focal_length);

    // 输出图片，第一行输出 P3，表示像素图
    let mut content = String::from("P3");
    // 输出宽和高，和最大颜色值
    content.push_str(&format!("\n{WIDTH} {HEIGHT}\n255\n"));

    let world: World = vec![
        Box::new(Sphere::new(Point3::new(0.0, 0.0, -1.0), 0.5)),
        Box::new(Sphere::new(Point3::new(0.0, -100.5, -1.0), 100.0)),
    ];

    for j in (0..HEIGHT).rev() {
        // 进度
        eprintln!("Scan lines remaining: {j}");
        for i in 0..WIDTH {
            let u = i as f64 / (WIDTH - 1) as f64;
            let v = j as f64 / (HEIGHT - 1) as f64;
            // 从原点到屏幕显示上一个点的射线，然后计算它的颜色。
            // 因为在循环里，所以每个像素都会计算一次
            let ray = Ray::new(lower_left_corner + u * horizontal + v * vertical - origin);
            let color = ray_color(&ray, &world);
            content.push_str(&color.format_str());
        }
    }
    println!("{}", content);
    eprintln!("Done.");
}

// 光线的颜色计算
fn ray_color(ray: &Ray, hittable: &dyn Hit) -> Color {
    let option = hittable.hit(ray, 0.0, f64::INFINITY);

    if let Some(record) = option {
        return 0.5 * (record.normal + Color::new(1.0, 1.0, 1.0));
    }

    // 射线的单位向量
    let unit = ray.direction().unit();
    // 因为需要得到上下渐变的背景图，所以需要对 y 进行插值。
    let t = 0.5 * (unit.y + 1.0);
    // 线性插值，根据不同的光线得到在下面这个范围里的不同的颜色，并且是渐变色。
    (1.0 - t) * Color::new(1.0, 1.0, 1.0) + t * Color::new(0.5, 0.7, 1.0)
}

效果

总结

增加了一个地面的大球，并且进行了渲染。

附录