Scene Research Stattion Laboratory : raytrace

raytrace

自作 raytracer のスクリーンショットです．
ソースとシーンファイルを公開しているので，Win32な環境があれば，誰でも再レンダリング可能です．

Download source code

raytrace20011119.zip
ソース，コンパイル済みバイナリ，シーンファイル一式です．
VC++6でコンパイルを確認．

To do

反射率，屈折率は同時に設定するべきか？
フレネルの法則があるので，反射率の設定のみが物理的には正しいのかな？
現時点では同時に設定できる．
大域照明，集光効果の実現
大域照明(Global Illumination) はラジオシティ(Radiosity) か分散レイトレーシング(Distributed Ray Tracing) かフォトンマップ(Photon Map) を実装すればなんとかなる．
集光効果は分散レイトレーシングかフォトンマップを使う．結局，分散レイトレかフォトンマップしか選択肢がなく，その２択の中で速いフォトンマップの方を実装するのがベターな気がする．基本的な考え方は簡単なので実装はそれ程難しくないと思う．
問題点は，大域照明に対応するとレンダリングに掛かる時間が飛躍的に伸びてしまう為，改良したりするのが大変ということか．コードの量も単純な古典的レイトレと比べて増大することも予測される．
しかし，ラジオシティをリアルタイムで行うキチガイ染みた demo (Realtime Radiosity 2 by Broncs) も世の中に存在する．これはフェイクらしいけど，簡易レンダとしてそういったフェイクだけど超高速な大域照明アルゴリズムの検討も必要だろう．
高速化
交差判定を減らすために空間を分割して管理する．
もしくはHeaven Seven的に4x4ピクセルごとにレンダリングして，4x4の4つの端それぞれが同じ物体に交差しているなら，交差判定を省くといった簡易レンダ用のフェイクも良いかもしれない．実際この方法なら殆ど変化に気づかないだろう．
クソ真面目でクソ重いレンダラなんて誰でも作れるので，この高速化が一番重要なんだろうが，残念ながら全くノウハウがない．要調査＆研究．

Rendering Results

Snapshot	Comment
	基本的な形状と反射，スペキュラのテスト．光源は減衰しない点光源． test00.scene
	メッシュのテストとして切頭20面体の表示．併せ鏡でもしようかと思ったけど角度が足りてない． test01.scene
	屈折率の異なる球を３つ配置した．赤＝1.0，緑＝1.3，青＝1.7である．全て反射率は0．赤が屈折していないのはいいとして，後はこれで良いのか謎である．とりあえず，フレネルの法則により屈折率が高いと内部で反射が起きている． test02.scene
	屈折率2.5の球を３つ並べ上に屈折率1.2の球を置き，強力な点光源をその中心に配置した．結果が怪しいが，屈折率2.5はダイアモンド相当なので現実に確かめようがない． test03.scene
	屈折率2.5の球を３つ並べ上に屈折率2.5の球を置き，強力な点光源をその中心に配置した．結果がより怪しくなったが，屈折率2.5はダイアモンド相当なので現実に確かめようがない． test04.scene
	CSGのテスト．球を立方体でくり貫いて(SUB演算)，同じ立方体を半透明で配置した．また，球のスペキュラを青っぽくにしたため光沢が異質な感じがする． test05.scene
	test02の３つの球を楕円体とAND演算した．屈折率はそのままであるが，若干透過率や反射率等は変更している． test06.scene
	test06の各物体の中心に点光源を配置した．屈折率が高いと，ガラスの中で輝いているように見える．お気に入り． test07.scene
	テクスチャと線光源(x2)のテスト．線光源は32個の点光源で表現されている．ただの球では見栄えが悪いので，SUB演算で穴を開けた． test08.scene
	球をX,Y,Z軸方向の円柱でくり貫き，面光源で照らした．この面光源は11*11個の点光源で表現されている．試しに128個分割の線光源でやってみたが，大して違いはないような？ test09.scene
	test09の物体に透過率反射率を加え，中や周りに様々な色の球を配置した．光源はスポットライト．とにかく派手にしようとシーンファイルを書いてみた．如何にもCGという感じになった． test10.scene
	不透明率のテスト．これを設定している物体の中を視線が進むと距離に応じて減衰する．赤い球が濁った様な雰囲気になった．レイトレースは正確には「視線のトレース」であり「光(レイ)のトレース」ではないため，集光効果等がでないし，正確な陰影を落とすことができない．ある程度は誤魔化せるが，新しい機能ごとにフェイク的な影を落とすのは無意味と考えて，不透明率が設定してある物体には殆ど影が落としていない．やはりフォトンマップ的なアプローチは必須であると実感． test11.scene

Snapshot	Comment
	基本的な形状と反射，スペキュラのテスト．光源は減衰しない点光源． test00.scene
	メッシュのテストとして切頭20面体の表示．併せ鏡でもしようかと思ったけど角度が足りてない． test01.scene
	屈折率の異なる球を３つ配置した．赤＝1.0，緑＝1.3，青＝1.7である．全て反射率は0．赤が屈折していないのはいいとして，後はこれで良いのか謎である．とりあえず，フレネルの法則により屈折率が高いと内部で反射が起きている． test02.scene
	屈折率2.5の球を３つ並べ上に屈折率1.2の球を置き，強力な点光源をその中心に配置した．結果が怪しいが，屈折率2.5はダイアモンド相当なので現実に確かめようがない． test03.scene
	屈折率2.5の球を３つ並べ上に屈折率2.5の球を置き，強力な点光源をその中心に配置した．結果がより怪しくなったが，屈折率2.5はダイアモンド相当なので現実に確かめようがない． test04.scene
	CSGのテスト．球を立方体でくり貫いて(SUB演算)，同じ立方体を半透明で配置した．また，球のスペキュラを青っぽくにしたため光沢が異質な感じがする． test05.scene
	test02の３つの球を楕円体とAND演算した．屈折率はそのままであるが，若干透過率や反射率等は変更している． test06.scene
	test06の各物体の中心に点光源を配置した．屈折率が高いと，ガラスの中で輝いているように見える．お気に入り． test07.scene
	テクスチャと線光源(x2)のテスト．線光源は32個の点光源で表現されている．ただの球では見栄えが悪いので，SUB演算で穴を開けた． test08.scene
	球をX,Y,Z軸方向の円柱でくり貫き，面光源で照らした．この面光源は11*11個の点光源で表現されている．試しに128個分割の線光源でやってみたが，大して違いはないような？ test09.scene
	test09の物体に透過率反射率を加え，中や周りに様々な色の球を配置した．光源はスポットライト．とにかく派手にしようとシーンファイルを書いてみた．如何にもCGという感じになった． test10.scene
	不透明率のテスト．これを設定している物体の中を視線が進むと距離に応じて減衰する．赤い球が濁った様な雰囲気になった．レイトレースは正確には「視線のトレース」であり「光(レイ)のトレース」ではないため，集光効果等がでないし，正確な陰影を落とすことができない．ある程度は誤魔化せるが，新しい機能ごとにフェイク的な影を落とすのは無意味と考えて，不透明率が設定してある物体には殆ど影が落としていない．やはりフォトンマップ的なアプローチは必須であると実感． test11.scene