games101实验五
时间: 2025-01-05 12:36:56 浏览: 31
### Games101 实验五:光线与三角形相交
#### 一、实验目标概述
本实验旨在深入理解光线跟踪算法中的一个重要环节——光线与几何体(特别是三角形)之间的相交测试。通过完成此部分的学习,能够掌握基本的光追技术原理以及其实现方法。
#### 二、理论基础介绍
为了计算光线是否击中物体表面并获取相应的交互信息,在这里主要涉及到几个概念:
- **光线表示**:一条射线由起点`origin`和方向向量`direction`定义。
- **平面方程**:对于任意给定的一个三维空间内的平面,可以用法线n和平面上一点p来描述它;而当考虑的是位于该平面上的一片特定区域即三角形时,则还需要额外指定另外两个顶点v1,v2构成完整的边界条件。
- **参数t的意义**:如果存在实数解使得原点加上td得到的结果落在上述三个定点所围成范围内的话,那么就说明这条直线确实穿过了这个面片,并且此时对应的数值就是所谓的“最近距离”。
具体来说,判断光线r(t)=o+dt是否会穿过某个三角形ABC的过程如下所示[^3]:
```cpp
bool intersect(const Ray &ray, const Triangle &triangle, float &t){
// 计算矢量AB AC 和 AO
Vector AB = B-A;
Vector AC = C-A;
Vector AO = A-ray.origin;
// 计算行列式的值P Q R D
Vector P = cross(ray.direction,AC);
float det = dot(AB,P);
if(fabs(det)<EPSILON)return false;// 如果det接近于零则几乎平行
float inv_det=1.0/det;
// 计算U V W坐标系下的分量u v w
float u = dot(AO,P)*inv_det;
if(u<0||u>1)return false;
Vector Q=cross(AO,AB);
float v=dot(ray.direction,Q)*inv_det;
if(v<0||(u+v)>1)return false;
t=dot(AC,Q)*inv_det;
return true;
}
```
这段代码实现了经典的Möller–Trumbore算法用于高效检测光线同三角形单元间的碰撞情况。其中利用叉乘操作快速构建辅助变量帮助简化后续运算逻辑的同时也提高了整体效率。
#### 三、实践应用案例分析
在实际编程过程中,除了要实现上述核心功能外,还需注意处理特殊情况比如浮点误差带来的影响等问题。此外,考虑到性能优化方面的需求,通常还会引入BVH树结构进一步加快查询速度。最后关于菲涅尔效应的部分,可以通过调整反射折射权重因子kr=(R0+(1-R0)*(1-cosθ)^5),从而让场景看起来更加逼真自然。
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