Ray Tracing from the Ground Up
This book describes the step-by-step process of writing a ray tracer from scratch. Using numerous examples that illustrate the ray-tracing concept and processes in detail, the author presents a ray-tracer design and sample code that allows for extensibility, efficiency of the algorithms, and readability. Chapters begin with stated aims and include questions and exercises that allow the reader to apply the material presented. Special features: * Describes in detail how to write a ray tracer “from the ground up” * Hundreds of diagrams, ray-traced images, and sample code * Many of the exercises involve adding features to the ray tracer * Many questions ask readers to think about ray traced images
简介
This book describes the step-by-step process of writing a ray tracer from scratch. Using numerous examples that illustrate the ray-tracing concept and processes in detail, the author presents a ray-tracer design and sample code that allows for extensibility, efficiency of the algorithms, and readability. Chapters begin with stated aims and include questions and exercises that allow the reader to apply the material presented. Special features: * Describes in detail how to write a ray tracer “from the ground up” * Hundreds of diagrams, ray-traced images, and sample code * Many of the exercises involve adding features to the ray tracer * Many questions ask readers to think about ray traced images
热门划线
Ray Tracing from the Ground Up
Suffern Kevin
- 第1章 Forward by Erick Reinhard
- 第2章 Preface
- 第3章 Acknowledgments
- 第4章 1 Design and Programming
- 第5章 1.1 General Approaches
- 第6章 1.2 Inheritance
- 第7章 1.3 Language
- 第8章 1.4 Building Scenes
- 第9章 1.5 The User Interface
- 第10章 1.6 Skeleton Ray Tracer
- 第11章 1.7 Developing the Ray Tracer
- 第12章 1.8 Floats or Doubles
- 第13章 1.9 Efficiency Issues
- 第14章 1.10 Coding style
- 第15章 1.11 Debugging
- 第16章 Further Reading
- 第17章 2 Some Essential Mathematics
- 第18章 2.1 Sets
- 第19章 2.2 Intervals
- 第20章 2.3 Angles
- 第21章 2.4 Trigonometry
- 第22章 2.5 Coordinate systems
- 第23章 2.6 Vectors
- 第24章 2.7 Points
- 第25章 2.8 Normals
- 第26章 2.9 Mathematical Surfaces
- 第27章 2.10 Solid Angle
- 第28章 2.11 Random Numbers
- 第29章 2.12 Orthonormal Bases and Frames
- 第30章 2.13 Geometric Series
- 第31章 2.14 The Dirac Delta Function
- 第32章 Further Reading
- 第33章 Questions
- 第34章 Exercises
- 第35章 3 Bare-Bones Ray Tracing
- 第36章 3.1 How Ray Tracing Works
- 第37章 3.2 The World
- 第38章 3.3 Rays
- 第39章 3.4 Ray-Object Intersections
- 第40章 3.5 Representing Colors
- 第41章 3.6 A Bare-Bones Ray Tracer
- 第42章 3.7 Tracers
- 第43章 3.8 Color Display
- 第44章 3.9 Ray Tracing Multiple Objects Notes and Discussion
- 第45章 Further Reading
- 第46章 Questions
- 第47章 Exercises
- 第48章 4 Antialiasing
- 第49章 4.1 Aliasing Effects
- 第50章 4.2 Remedies
- 第51章 4.3 Antialiasing Fine Detail
- 第52章 4.4 Filtering Further Reading Questions Exercises
- 第53章 5 Sampling Techniques
- 第54章 5.1 A Sampling Architecture
- 第55章 5.2 Characteristics of Good Sampling
- 第56章 5.3 Sampling Patterns
- 第57章 5.4 Shuffling the Indices
- 第58章 5.5 Some Results Notes and Discussion
- 第59章 Further Reading
- 第60章 Questions
- 第61章 Exercises
- 第62章 6 Mapping Samples to a Disk
- 第63章 6.1 Rejection Sampling
- 第64章 6.2 The Concentric Map Further Reading Questions Exercises
- 第65章 7 Mapping Samples to a Hemisphere
- 第66章 7.1 Cosine Distributions
- 第67章 7.2 Mapping Theory
- 第68章 7.3 Implementation
- 第69章 7.4 Results
- 第70章 Further Reading
- 第71章 Exercises
- 第72章 8 Perspective Viewing
- 第73章 8.1 Definitions
- 第74章 8.2 Properties of Perspective Projections
- 第75章 8.3 Axis-Aligned Perspective Viewing
- 第76章 8.4 Implementation
- 第77章 8.5 Processes and Results
- 第78章 8.6 Perspective Distortion
- 第79章 Further Reading
- 第80章 Questions
- 第81章 Exercises
- 第82章 9 A Practical Viewing System
- 第83章 9.1 Description
- 第84章 9.2 The User Interface
- 第85章 9.3 Viewing Coordinates
- 第86章 9.4 Primary-Ray Calculation
- 第87章 9.5 Implementation 9.6 Examples
- 第88章 9.7 Zooming 9.8 The roll angle
- 第89章 9.9 The singularity
- 第90章 Further Reading
- 第91章 Questions
- 第92章 Exercises
- 第93章 10 Depth of Field
- 第94章 10.1 Thin Lens Theory
- 第95章 10.2 Simulation
- 第96章 10.3 Implementation
- 第97章 10.4 Results
- 第98章 Further Reading
- 第99章 Questions
- 第100章 Exercises
- 第101章 11 Non-Linear Projections
- 第102章 11.1 Fisheye Projection
- 第103章 11.2 Spherical Panoramic Projection
- 第104章 Further Reading
- 第105章 Questions
- 第106章 Exercises
- 第107章 12 Stereoscopy
- 第108章 12.1 Parallax
- 第109章 12.2 Camera Arrangements
- 第110章 12.3 The Stereo Camera
- 第111章 12.4 Stereo-Pair Display and Viewing
- 第112章 12.5 Implementation
- 第113章 12.6 Results Notes and Discussion
- 第114章 Further Reading
- 第115章 Questions
- 第116章 Exercises
- 第117章 13 Theoretical Foundations
- 第118章 13.1 Radiometric Quantities
- 第119章 13.2 Angular Dependence of Irradiance
- 第120章 13.3 Notation and Sign Conventions
- 第121章 13.4 Radiance and Irradiance
- 第122章 13.5 Spectral Representation
- 第123章 13.6 BRDFs
- 第124章 13.7 Reflectance
- 第125章 13.8 The Perfect Diffuse BRDF
- 第126章 13.9 The BRDF Classes
- 第127章 13.10 The Rendering Equation
- 第128章 13.11 Monte Carlo Integration
- 第129章 Further Reading
- 第130章 Exercises
- 第131章 14 Lights and Materials
- 第132章 14.1 Illumination and Reflection
- 第133章 14.2 Lights 14.3 Light Classes
- 第134章 14.4 The World and ShadeRec classes
- 第135章 14.5 Tracers 14.6 Diffuse Shading
- 第136章 14.7 Materials 14.8 An Example
- 第137章 14.9 Out-of-Gamut Colors
- 第138章 Further Reading
- 第139章 Questions
- 第140章 Exercises
- 第141章 15 Specular reflection
- 第142章 15.1 Modeling
- 第143章 15.2 Implementation
- 第144章 15.3 It Depends on the Viewer
- 第145章 15.4 Colored Highlights
- 第146章 15.5 Highlights and Overflow
- 第147章 15.6 Other Reflection Models
- 第148章 Further Reading
- 第149章 Questions
- 第150章 Exercises
- 第151章 16 Shadows
- 第152章 16.1 Why Shadows Are Important
- 第153章 16.2 Definitions
- 第154章 16.3 Implementation
- 第155章 16.4 The Epsilon Factor
- 第156章 16.5 Examples
- 第157章 16.6 Costs
- 第158章 16.7 Shadowing Options
- 第159章 Further Reading
- 第160章 Questions
- 第161章 Exercises
- 第162章 17 Ambient Occlusion
- 第163章 17.1 Modeling
- 第164章 17.2 Implementation
- 第165章 17.3 A Simple Scene
- 第166章 17.4 Two-Sided Objects
- 第167章 17.5 Other Scenes
- 第168章 Notes and Discussion
- 第169章 Further Reading
- 第170章 Questions
- 第171章 Exercises
- 第172章 18 Area Lights
- 第173章 18.1 Area-Lighting Architecture
- 第174章 18.2 Direct Rendering
- 第175章 18.3 Estimating Direct Illumination
- 第176章 18.4 The Area-Lighting Tracer
- 第177章 18.5 The Emissive Material
- 第178章 18.6 Other Materials
- 第179章 18.7 The Geometric Object Classes
- 第180章 18.8 The Area Light Class
- 第181章 18.9 Example Images
- 第182章 18.10 Environment Lights
- 第183章 Notes and Discussion
- 第184章 Further Reading
- 第185章 Questions
- 第186章 Exercises
- 第187章 19 Ray-Object Intersections
- 第188章 19.1 Bounding Boxes
- 第189章 19.2 Axis-Aligned Boxes
- 第190章 19.3 Triangles
- 第191章 19.4 Other Objects
- 第192章 19.5 Generic Objects
- 第193章 19.6 Shading Issues
- 第194章 19.7 Part objects
- 第195章 19.8 Compound Objects
- 第196章 Further Reading
- 第197章 Questions
- 第198章 Exercises
- 第199章 20 Affine Transformations
- 第200章 20.1 2D Transformations
- 第201章 20.2 3D Homogeneous Coordinates
- 第202章 20.3 3D Transformations
- 第203章 20.4 Composition of Transformations
- 第204章 20.5 Inverse Transformations
- 第205章 20.6 Rotation about an Arbitrary Line
- 第206章 Further Reading
- 第207章 Questions
- 第208章 Exercises
- 第209章 21 Transforming Objects
- 第210章 21.1 Intersecting Transformed Objects
- 第211章 21.2 Transforming Normals
- 第212章 21.3 Directly Transforming Objects
- 第213章 21.4 Instancing
- 第214章 21.5 Beveled Objects
- 第215章 Further Reading
- 第216章 Notes and Discussion
- 第217章 Questions
- 第218章 Exercises
- 第219章 22 Regular Grids
- 第220章 22.1 Description
- 第221章 22.2 Construction
- 第222章 22.3 Traversal
- 第223章 22.4 Testing
- 第224章 22.5 Grids and Transformed Objects
- 第225章 22.6 Comparison with BVHs
- 第226章 Further Reading
- 第227章 Questions
- 第228章 Exercises
- 第229章 23 Triangle Meshes
- 第230章 23.1 Tessellating a Sphere
- 第231章 23.2 A Mesh Data Structure
- 第232章 23.3 PLY Files
- 第233章 23.4 Examples
- 第234章 23.5 Hierarchical Instance Grids
- 第235章 Further Reading
- 第236章 Questions
- 第237章 Exercises
- 第238章 24 Mirror Reflection
- 第239章 24.1 The Illumination Model
- 第240章 24.2 Implementation
- 第241章 24.3 Reflective Objects
- 第242章 24.4 Inconsistencies
- 第243章 24.5 Colored Reflectors
- 第244章 24.6 Real and Virtual Images
- 第245章 24.7 Examples
- 第246章 Further Reading
- 第247章 Questions
- 第248章 Exercises
- 第249章 25 Glossy Reflection
- 第250章 25.1 Modeling
- 第251章 25.2 Implementation
- 第252章 25.3 Results
- 第253章 Further Reading
- 第254章 Questions
- 第255章 Exercises
- 第256章 26 Global Illumination
- 第257章 26.1 Light Transport
- 第258章 26.2 Path Tracing
- 第259章 26.3 Results
- 第260章 26.4 Sampling the Lights
- 第261章 Notes and Discussion
- 第262章 Further Reading
- 第263章 Questions
- 第264章 Exercises
- 第265章 27 Simple Transparency
- 第266章 27.1 Index of Refraction
- 第267章 27.2 Surface Physics and Refraction
- 第268章 27.3 Total Internal Reflection
- 第269章 27.4 The Illumination Model
- 第270章 27.5 Practical Aspects
- 第271章 27.6 Implementation
- 第272章 27.7 Transparent Spheres
- 第273章 27.8 Transparent Compound Objects
- 第274章 27.9 Leaving Out the Etas
- 第275章 Further Reading
- 第276章 Questions
- 第277章 Exercises
- 第278章 28 Realistic Transparency
- 第279章 28.1 The Fresnel Equations
- 第280章 28.2 Color Filtering
- 第281章 28.3 Implementation
- 第282章 28.4 Images
- 第283章 28.5 Transparent Boxes
- 第284章 28.6 Transparent Spheres
- 第285章 28.7 A Glass of Water
- 第286章 28.8 Fish Bowls
- 第287章 28.9 Caustics
- 第288章 Further Reading
- 第289章 Questions
- 第290章 Exercises
- 第291章 29 Texture Mapping
- 第292章 29.1 Introduction
- 第293章 29.2 Implementing Textures
- 第294章 29.3 Mapping Techniques
- 第295章 29.4 Implementing the Mappings
- 第296章 29.5 Antialiasing
- 第297章 29.6 Triangle Meshes
- 第298章 Further Reading
- 第299章 Questions
- 第300章 Exercises
- 第301章 30 Procedural Textures
- 第302章 30.1 Introduction
- 第303章 30.2 Checker Textures
- 第304章 30.3 Textures and Transformations
- 第305章 Further Reading
- 第306章 Questions
- 第307章 Exercises
- 第308章 31 Noise-Based Textures
- 第309章 31.1 Lattice Noises
- 第310章 31.2 Interpolation Techniques
- 第311章 31.3 Sums of Noise Functions
- 第312章 31.4 Basic Noise Textures
- 第313章 31.5 Wrapped Noise Textures
- 第314章 31.6 Marble
- 第315章 31.7 Sandstone
- 第316章 Further Reading
- 第317章 Questions
- 第318章 Exercises
- 第319章 References
- 第320章 Index