Q88：全局光照（Global Illumination）——Path Tracing算法生成反射焦散效果的图形

 

由于在镜面反射中，光线几乎可以保持来自光源的全部能量，并在表面曲度和折射率的作用下，产生聚焦或者发散，当这种光线接触到场景中其它对象的表面时，又会产生新的照明效果，于是焦散便产生了。

 

简而言之，即是：Reflective材质物体的所反射的光打在Matte材质物体上。

 

为了使“焦散效果”比较明显，我们选择圆柱面作为Reflective材质的物体。

 

相关代码：

 

void
World::build(void) {
	int num_samples = 100; // 5041

	vp.set_hres(400);
	vp.set_vres(400);
	vp.set_samples(num_samples);
	vp.set_max_depth(5);

	tracer_ptr = new PathTrace(this);

	Pinhole* pinhole_ptr = new Pinhole;
	pinhole_ptr->set_eye(5, 10, 20);
	pinhole_ptr->set_lookat(-1, 1, 0);
	pinhole_ptr->set_view_distance(500);
	pinhole_ptr->compute_uvw();
	set_camera(pinhole_ptr);


	// emissive sphere

	Emissive* emissive_ptr = new Emissive;
	emissive_ptr->scale_radiance(20.0);
	emissive_ptr->set_ce(0.75, 1, 0.75);      // light green

	Sphere* sphere_ptr = new Sphere(Point3D(-2, 7, 6), 2);
	sphere_ptr->set_material(emissive_ptr);
	sphere_ptr->set_sampler(new MultiJittered(num_samples));
	add_object(sphere_ptr);


	// reflective rectangle

	Reflective* reflective_ptr = new Reflective;
	reflective_ptr->set_ka(0.0);
	reflective_ptr->set_kd(0.0);
	reflective_ptr->set_ks(0.0);
	reflective_ptr->set_exp(1.0);
	reflective_ptr->set_kr(0.95);
	reflective_ptr->set_cr(1.0, 0.2, 0.2);

	double bottom 	= -1.0;
	double top 		=  1.0;
	double radius	=  7.0;
	OpenCylinder* cylinder_ptr = new OpenCylinder(bottom, top, radius);
	cylinder_ptr->set_material(reflective_ptr);
	add_object(cylinder_ptr);


	// plane

	Matte* matte_ptr = new Matte;
	matte_ptr->set_ka(0);
	matte_ptr->set_kd(0.75);
	matte_ptr->set_cd(white);
	matte_ptr->set_sampler(new MultiJittered(num_samples));

	Plane* plane_ptr = new Plane(Point3D(0, -1.0, 0), Normal(0, 1, 0));
	plane_ptr->set_material(matte_ptr);
	add_object(plane_ptr);
}

 

输出图形：

 

单像素点的采样次数为1，耗时236s：

 

单像素点的采样次数为100，耗时755s：

 

单像素点的采样次数为1000，耗时3256s：

圆柱面内部白色平面上的那些红色光影即是：圆柱镜面产生的反射焦散效果。

（最后这张图中应该是有个bug：平面上多出一个白色圆盘。不知是怎么回事，暂不追究）