Ray_Tracying_Gem_Chapter_28 代码理解

文件结构

文件结构如下:

• hdr_loader.h : 用作外部文件的导入。
• main.cpp : 其中包括启动初始化cuda、glew、glfw、新建窗口、添加着色器、创建对于图形界面的各种操作（键盘、鼠标、滑轮等事件）、创建环境的材质、处理相机的移动等。
• volume_kernel.h: 其中定义了Kernel_params数据结构。
• volume_kernel.cu : 需要用到cuda来加速的整个工程的核心部分: 光追过程的具体细节。

Tips：注意此处对于.cu文件，需要对整个工程进行一些配置：

1. 对工程中的链接器，在附加依赖项中，添加cudart.lib；
2. 对该工程设置生成依赖项，在生成自定义中选择对应的CUDA版本；
3. 修改该.cu文件的属性，选择项类型为 CUDA C/C++;

代码理解

volume_kernel.h

struct Kernel_params { 
	// Display
	uint2 resolution;
    	float exposure_scale;
    	unsigned int *display_buffer;

	// Progressive rendering state
   	unsigned int iteration;
    	float3 *accum_buffer;

	// Limit on path length
    	unsigned int max_interactions; //最大追踪次数
 
 	// Camera
    	float3 cam_pos; //相机位置
    	float3 cam_dir; //相机方向
    	float3 cam_right; //？
    	float3 cam_up; //？
    	float  cam_focal; //？

	//Environment 
	unsigned int environment_type;
	cudaTextureObject_t env_tex;

	// Volume definition
    	unsigned int volume_type;  
    	float max_extinction; // 衰减系数 + 空碰撞系数 majorant
    	float albedo; // sigma / kappa
};
extern "C" __global__ void volume_rt_kernel(
   	const Kernel_params kernel_params);

该部分定义主要数据结构，该结构中包括有：display、渲染状态、光线追踪时的路径深度、相机、环境、体定义（volume definition）等相关的参数。

volume_kernel.cu

函数列表

//3d vector math
__device__ inline float3 operator+(const float3& a, const float3& b)
__device__ inline float3 operator-(const float3& a, const float3& b)
__device__ inline float3 operator*(const float3& a, const float s)
__device__ inline float3 operator/(const float3& a, const float s)
__device__ inline void operator+=(float3& a, const float3& b)
__device__ inline void operator*=(float3& a, const float& s)
__device__ inline float3 normalize(const float3 &d)
//core function

// 判断是否与体边框相交
__device__ inline bool intersect_volume_box(
	float &tmin, const float3 &raypos, const float3 &raydir) 

// 判断是否还在体中
__device__ inline bool in_volume(
   	const float3 &pos)

// 获得衰减系数（？）
__device__ inline float get_extinction(
    	const Kernel_params &kernel_params,
    	const float3 &p)

// delta tracking 过程；对距离采样
__device__ inline bool sample_interaction(
    	Rand_state &rand_state,
    	float3 &ray_pos,
   	const float3 &ray_dir,
   	const Kernel_params &kernel_param）
   	
// 包含了光线在体中的一些过程：是否超过追踪最大深度；用轮盘赌决定是否结束光线；如果是散射情况，采样下一个散射方向   	
__device__ inline float3 trace_volume(
   	Rand_state &rand_state,
    	float3 &ray_pos,
    	float3 &ray_dir,
    	const Kernel_params &kernel_params)

Delta tracking 过程

__device__ inline bool sample_interaction(
     Rand_state &rand_state,
     float3 &ray_pos,
    const float3 &ray_dir,
    const Kernel_params &kernel_param）
{
	float t = 0.0f;
	float3 pos;
	do {
		t -= logf(1.0f - rand(&rand_state)) / kernel_params.max_extinction;
		
		pos = ray_pos + ray_dir * t;
		if (!in_volume(pos))
			return false;
	} while (get_extinction(kernel_params, pos) < rand(&rand_state) * kernel_params.max_extinction);
	
	ray_pos = pos;
	return true;
}  

对相位函数（phase function）采样

1. 注意kernel函数是需要进行封装才能添加extern “C”来进行声明并调用的，cpp文件中是不能直接调用 __global__函数的，因为编译器是无法解析符号<<<……>>>以及blockIdx、threadIdx等，因此 global 函数只能放在.cu文件函数里面定义和被调用
2. 用extern “C”修饰的原因，是因为.cu是扩展C，但由于cuda-c只是部分属于c++，所以需要更改工程的配置属性，将.cu文件定义为类C语言编译（NVCC.exe编译）。
3. 在.cpp中是不能include.cu文件的，就好比cpp中不能include.cpp一样。

REF
CUDA学习笔记四