光线追踪器挑战

The Ray Tracer Challenge

第一个 3D 渲染器的测试驱动指南

准备好迎接有趣的挑战：从头开始构建逼真的 3D 渲染器！这比你想象的要容易。在短短几周内，构建一个光线追踪器，它可以渲染美丽的场景，包括阴影、反射、出色的折射效果，以及由各种图形基元组成的主题：球体、立方体、圆柱体、三角形等。在每一章中，实现另一块拼图并将渲染器向前移动。在您喜欢的任何语言和环境中执行所有这些操作，并且完全先测试，这样您就知道它是正确的。用这个项目在个人探索、实验和发现方面的巨大潜力来为自己充电。

全彩 印刷。

渲染器是一个光线追踪器，这意味着它通过追踪场景周围的光线路径来模拟光的物理特性。每个激动人心的章节都呈现出一小块拼图，以前面的章节为基础，为后面的章节奠定基础。要求与语言无关；您可以使用您喜欢的任何语言将它们翻译成测试和代码。项目完成后，您将回顾并意识到您已经构建了一个完整的系统测试优先！

没有必要的研究——所有必要的公式和算法都在这里展示和说明。从向量和矩阵等基本概念深入研究有趣的主题；模拟光线与球体、平面、立方体、圆柱体和三角形相交的算法；几何图案，如棋盘格和圆环。光照和阴影效果（例如阴影和反射）使您的场景栩栩如生，而构造立体几何 (CSG) 使您能够以简单的方式组合图形基元以生成复杂的形状。

在发现编写光线追踪器的乐趣时进行游戏和实验。接受今天的挑战！

你需要什么

除了计算机、操作系统和编程环境之外，您还需要一种显示 PPM 图像文件的方法。在 Windows 上，像 Photoshop 这样的程序可以运行，或者像 IrfanView 这样的免费程序。在 Mac 上，不需要特殊软件，因为 Preview 可以打开 PPM 文件。

资源

• 勘误、错别字、建议
• 源代码（压缩文件）

发布：

• P1.0 2019/02/26
• B6.0 2019/02/13
• B5.0 2018/12/11
• B4.0 2018/11/14

内容和摘录

• 入门
  • 这本书是给谁看的
  • 如何阅读本书
  • 需要注意的事情
• 元组、点和向量
  • 元组
  • 运营
  • 把它放在一起
• 在画布上绘图
  • 代表颜色
  • 实现颜色操作
  • 创建画布
  • 保存画布
  • 把它放在一起
• 矩阵 摘录
  • 创建矩阵
  • 乘法矩阵
  • 身份矩阵
  • 转置矩阵
  • 反转矩阵
  • 把它放在一起
• 矩阵变换
  • 翻译
  • 缩放
  • 回转
  • 剪切
  • 链接转换
  • 把它放在一起
• 射线球交点
  • 创建射线
  • 与球体相交的光线
  • 跟踪路口
  • 识别命中
  • 变换光线和球体
  • 把它放在一起
• 灯光和阴影 
  • 表面法线
  • 反射向量
  • Phong 反射模型
  • 把它放在一起
• 制作场景
  • 建设世界
  • 定义视图转换
  • 实现相机
  • 把它放在一起
• 阴影 
  • 阴影中的照明
  • 测试阴影
  • 渲染阴影
  • 把它放在一起
• 飞机
  • 重构形状
  • 实现平面
  • 把它放在一起
• 模式
  • 制作条纹图案
  • 转换模式
  • 泛化模式
  • 制作渐变图案
  • 制作环形图案
  • 制作 3D 棋盘格图案
  • 把它放在一起
• 反射和折射
  • 反射
  • 透明度和折射
  • 菲涅耳效应
  • 把它放在一起
• 立方体
  • 将射线与立方体相交
  • 在立方体上寻找法线
  • 把它放在一起
• 气缸
  • 将射线与圆柱相交
  • 在圆柱体上找到法线
  • 截断圆柱体
  • 带盖气缸
  • 锥体
  • 把它放在一起
• 团体
  • 实施小组
  • 在子对象上找到法线
  • 使用边界框优化大场景
  • 把它放在一起
• 三角形
  • 三角形
  • 波前 OBJ 文件
  • 平滑三角形
  • OBJ 文件中的平滑三角形
  • 把它放在一起
• 构造实体几何 (CSG)
  • 实施 CSG
  • 着色 CSG 形状
  • 把它放在一起
• 下一步
  • 区域光和柔和阴影
  • 聚光灯
  • 焦点模糊
  • 运动模糊
  • 抗锯齿
  • 纹理贴图
  • 正常扰动
  • 圆环原语
  • 把它包起来
• 渲染封面图片