在各种网站上，看到了很多人对光线追踪技术的讨论，但许多人似乎并不了解光线追踪的真正含义。光线追踪与蒙特卡洛方法有关，包括重要性采样，并且显然与光学有关，认为这将是一个不错的项目补充。这个项目不是关于Nvidia如何实现它的，他们必须使用一些“技巧”来实现实时渲染，例如大幅度减少反射次数，限制每像素的光线数，光线追踪的场景可能比普通场景小，通过使用“AI”消除噪声，模型是混合的，使用光栅化和光线追踪等。这个项目是关于常规光线追踪的。
程序在行动
通常，会录制一个显示程序执行过程的电影，但现在改变了代码，以逐帧录制动画，所以展示的是那个：
这是如何使用gstreamer生成电影的：
gst-launch-1.0 multifilesrc location="c:\\temp\\frame%06d.jpg" caps="image/jpeg,framerate=30/1" ! jpegdec ! x264enc pass=quant ! avimux ! filesink location="out.avi"
对于程序执行，需要自己编译代码，希望UI不是大问题，它允许生成“一个周末”的场景，一个康奈尔盒子或一些其他场景，允许指定一个天空盒子和一些obj文件来加载。生成的图像可以保存在几种图像格式文件中。
一些理论
这次，在开始实施项目之前，先寻找文章、博客文章等，知道互联网上有很多关于它的信息。的确有很多，所以不会在这里重复，相反，会指出一些有用的信息链接。
最重要的是，发现了一些免费的书，作者是Peter Shirley，非常有帮助。可能会发现他的GitHub仓库非常有用。没有在实施项目时查看那些，但可能发现的相似之处并非巧合，必须解析这些书来找出为什么。
如果想查看项目，这里有一些其他可能想要检查的链接：
Michael Ashikhmin和Peter Shirley的《各向异性Phong BRDF模型》
Osada等人的《形状分布》
Tomas Möller和Ben Trumbore的《快速，最小存储光线-三角形相交》
当然，这些只是一个开始，应该从这些链接开始找到大量信息。
一些生成和测试时的图像
代码
一般性
非常仔细地遵循了这些书，尽管跳过了一些对来说更无聊的部分，如纹理生成和运动模糊，它们是直接实现的。选择了一些不同的类层次结构和命名，也有实现上的变化。有时选择了更快的东西，如光线与边界框的相交，有时出于方便选择了较慢的实现，如矩形的旋转。选择了一个不同的颜色类，使用了已经在博客的一些项目中使用的向量类实现，并且使用了double而不是float作为值。它在速度上没有太大的区别，更好的精度的优势更重要。也使用了很多智能指针和C++随机数生成器。唯一使用的库是UI：
wxWidgets。超越了“余生”的书，首先添加了三角形到对象，然后添加了一个obj文件加载器。考虑使用tinyobjloader库，但更喜欢自己实现。随着一些变化，可能会在未来的某个时候在其他使用OpenGL的项目中使用它。也许还会随着时间的推移增强它，因为它有各种问题，最大的一个是它不能正确加载凹多边形。
命名空间和类
为了理解代码，必须查看它以及Peter Shirley的书和参考文章。将在这里非常简要地描述命名空间和类。
Camera类与在使用OpenGL的项目中使用的类类似，但简化了，增加了getRay函数。Vector3D与其他项目中的相同，Color是一个非常简单的类，包含r、g、b组件。ObjLoader类显然用于加载obj文件。它不是可移植的，远非完美，写得很匆忙，但在许多情况下都能工作。它不仅可以加载对象，还可以加载材料，包括颜色和纹理。
OrthoNormalBasis用于局部正交正交基。要了解它的用途，请查看例如AnisotropicPhongPDF::Generate函数。PointInfo和ScatterInfo用于一些对象，包含有用的信息。Random用于名称所暗示的内容，它可以生成各种随机数分布。它使用std::mt19937_64。
Ray代表，正如所猜测的，一个光线，并包含原点和方向，以及用于加速计算的方向的倒数。Scene实现了场景，它派生自Objects::VisibleObjectComposite，其主要功能是光线投射，RayCast。
项目中有几个命名空间，根据它们的目的将类分开。BVH命名空间用于边界体积层次结构类，包含AxisAlignedBoundingBox类和BVHNode类。Materials包含材料类，如Dielectric、Metal、Isotropic、Lambertian和AnisotropicPhong。Objects包含对象，如Triangle、Sphere、Box等。PDFs包含概率密度函数类，如CosinePDF和AnisotrophicPhongPDF。Textures包含纹理类，如ColorTexture和ImageTexture。Actions包含一些可以应用于某些对象的转换类，如TranslateAction或FlipNormal。
还有一些其他类是用于UI实现、选项等，会让在项目中发现那些。
一些资源
从这里获得了一些用于测试和显示的obj文件：
free3d。从这里下载了天空盒子：
这里。用于一些生成图像的“地球”纹理与在牛顿引力项目中使用的相同，所以可以访问那个页面以获取下载链接。
结论
这样一个程序可以无限扩展。首先会尝试提高其性能。它可能会从更好的边界体积层次结构构建中受益。如果有耐心和时间，也会寻求其他性能提升。例如，使用了向量实现中已经内置的旋转，一遍又一遍地计算它，而不是像书中那样缓存余弦和正弦。那并不完全优化。敢打赌，程序可以从许多这样的优化中受益。由于随机数生成使用得很多，可能更快的数字生成器会有帮助，但想找到一个比使用的更好的更快的数字生成器相当困难。如果找到了，请告诉。
也会切换到光谱渲染，这样就可以有真正逼真的折射，例如。这里是一个很好的开始：
Peter Shirley的博客上的Lazy光谱渲染。光谱渲染是在项目中有一个Color类而不是像书中那样使用向量类的原因之一。在开发过程中，还发现了最后一本书和相关项目中的一个问题，所以发出了信号：
重要性采样问题。可以在书中看到这个问题，它表现为图像中的那些黑点，它需要deNaN清理，这也在书中描述了。这就是热爱开源的原因，人们可以贡献，他们免费得到一些东西，然后回报一些东西。感谢Peter Shirley分享他的经验！