【Ray Tracing The Next Week 超详解】 光线追踪2-5

Chapter 5：Image Texture Mapping

先看效果：

我们之前的纹理是利用的是撞击点p处的位置信息，比如大理石纹理

而我们今天的图片映射纹理采用2D（u，v）纹理坐标来进行。

在图像中使用缩放（u，v）的直接方法是将u和v四舍五入为整数，并将其作用于（i，j）像素。而，我们的纹理和物体的尺寸并不一致，所以我们需要将其规格化，然后再放大适应至物体尺寸。即，我们采用某个点在当前图像中的比例，而不是具体的位置，例如，对于nx乘ny图像中的像素（i，j），图像纹理位置为：

u = i / (nx - 1)

v = j / (ny - 1)

对于intersect，我们还需要在相交碰撞记录中返回u和v。对于球体，我们采用球面坐标。即：

 

如上坐标系采用光线追踪惯用坐标系,设P点为单位球上一点

∠θ 为xOz平面与线段OP之间的夹角，θ∈0~π

∠φ 为线段OP在xOz平面的映射线与x轴正方向之间的夹角，φ∈0~2π

则：

x = cosφ· cosθ

z = sinφ· cosθ
y = sinθ

将θ和φ规格化到【0,1】，则如下：

u = φ/（2π）

v = θ/π

 

 过程：

我们先将撞击点的坐标映射到单位球面上（规格化），得到纹理坐标

然后材质纹理反射的时候将此规格化坐标带入

根据图片的规格展开得到图片对应的位置，返回图片对应处的rgb

可见，撞击点处应该存储关于图片纹理坐标的信息

所以，我们先将撞击点信息更新：

获取纹理坐标

反射求取图片对应出的像素值

我们来解决图片纹理对应的value函数

下面是图片纹理类

/// image_tex.hpp

// -----------------------------------------------------
// [author]        lv
// [begin ]        2019.1
// [brief ]        the image_texture-class for the ray-tracing project
//                from the 《ray tracing the next week》
// -----------------------------------------------------

#pragma once 

namespace rt
{
class image_texture: public texture
    {
public:
    image_texture() {  }

    image_texture(unsigned char* image, size_t a, size_t b);

    inline unsigned char* image()const { return _image; }

    inline size_t sizeX()const { return _sizeX; }

    inline size_t sizeY()const { return _sizeY; }

public:
    virtual rtvec value(rtvar u, rtvar v, const rtvec& p)const override;

private:
    unsigned char* _image;

    size_t _sizeX;

    size_t _sizeY;
    };


image_texture::image_texture(unsigned char* image, size_t a, size_t b)
    :_image(image)
    ,_sizeX(a)
    ,_sizeY(b)
    {
    }

rtvec image_texture::value(rtvar u, rtvar v, const rtvec& p)const
    {
    int i = u*_sizeX;
    int j = (1 - v)*_sizeY - 0.001;
    if (i < 0)i = 0;
    if (j < 0)j = 0;
    if (i > _sizeX - 1)i = _sizeX - 1;
    if (j > _sizeY - 1)j = _sizeY - 1;
    rtvar r = int(_image[3 * i + 3 * _sizeX*j]) / 255.0;
    rtvar g = int(_image[3 * i + 3 * _sizeX*j + 1]) / 255.0;
    rtvar b = int(_image[3 * i + 3 * _sizeX*j + 2]) / 255.0;
    return rtvec(r, g, b);
    }

}

因为图片信息是有一维数组存储的，每个元素的rgb是顺序存储的，所以每个像素点有三个值，所以求取对应位置索引的时候要用3乘

现在我们需要的是读取并存储图像文件

我们采用stb图片读取处理库，我们就用一个函数

我们要在库引用之前先定义一个宏

#define STB_IMAGE_IMPLEMENTATION

然后#include “stb_image.h”

如果你们找不到地球图，就去我相册中下载一下吧

或者随便找一个也行

 然后就可以得到第一张图

第二章图的话，就是下面那个是金属材质的球，可以采用下面函数

如果有什么代码不完整的可以在下面留言

我们的代码，一般情况下会在每本书的后面做统一的整理公布

感谢您的阅读，生活愉快~