写在前面

实现了一个可以和用户交互的光线追踪程序，代码是在optix7course的基础上完善而来的（来源链接：https://github.com/ingowald/optix7course） 本说明文档基本只介绍了新实现的功能。

环境配制

• VS2017 + Optix 7.7.0 SDK + CUDA 12.2 + Cmake 3.26.0 / VS2019 + Optix 7.5.0 SDK + CUDA12.2 + Cmake3.26.0（以上两个均为本程序作者使用）
• 最低要求：Optix 7 & CUDA 10 & Cmake 3

代码构建

• 在Cmake中选择对应的source文件夹和build文件夹
• 若显示找不到OptiX_INCLUDE，请填入 C:\ProgramData\NVIDIA Corporation\OptiX SDK \SDK\include
• 若显示找不到OptiX_INSTALL_DIR，请填入C:\ProgramData\NVIDIA Corporation\OptiX SDK \SDK\
• 若使用VS2017请注意选择CUDA_HOST_COMPILER并填入C:/Program Files (x86)/Microsoft Visual Studio/2017/Community/VC/Tools/MSVC/14.16.27023/bin/HostX86/x64，注意设置为x64
• 打开.sln文件后，将PathTracer设定为启动项，运行程序即可
• 如果报错，考虑删除SampleRenderer.cpp的line 497的“FromPTX”

基本原理

• 基于渲染方程实现光线追踪，本程序在计算间接光照时只考虑了来自物体表面上半球的光线，即反射部分。
• 符号说明：v&ω0表示观察方向向量，n表示法向量，l&ωi表示光线方向向量，α表示粗糙度，h为l和v的半程向量。
• 反射部分的计算方程如下：
• 
• 其中的积分我们用黎曼和予以近似，Li为间接光照的辐照度，fr为BRDF。
• 本程序使用的是Cook-Torrance BRDF，其计算公式为：
• 
• 其中kd和ks都可以直接从mtl文件中读取出来。
• 剩余的各个部分的计算方式为：
• ，其中的c为color
• 
• D为
• G为
• 其中的Gsub为
• Gsub中的k为
• F为
• 最终我们得到展开公式
• 这样我们就实现了对间接光照的计算。

交互方式&实现方式

• 说明：交互中按键均在绘制窗口捕获，请在绘制窗口下按键；输入均在命令行窗口进行，请在命令行中输入数据。

• 软阴影计算：

  • 实现方式：
    • 在每个光源的范围内随机采样，并调用optixtrace（）计算像素点到光源之间是否有遮罩，如果没有就加上这次采样的颜色，最后除以采样总数。

• 光线追踪：

  • 实现方式：
    • 每次采样从相机向目标像素点发射一条光线，这条光线若无交点则结束对这条光线的追踪，否则在辐照度中加上直接光照，在衰减上乘以相应系数，像素点采样的总光照中加上衰减*辐照度，然后再以该像素点位置和对该像素点采样的方向继续追踪，直至反弹次数超过上限或者俄罗斯轮盘赌结束对这条光线的追踪。

• 按'C'在场景中添加方块

  • 需要输入方块的中心坐标，边长和颜色（除边长以外均为三维向量）
  • 实现方式：
    • 预先设定最大可添加方块数量MAX_CUBE_NUM，默认为16，在buildAccel函数建立Acceleration Structure时新增MAX_CUBE_NUM个build input，顶点坐标都设置为0使其不可见，在buildflag中添加OPTIX_BUILD_FLAG_ALLOW_UPDATE来允许后续对Acceleration Structure的更新；在buildSBT函数中同样新增MAX_CUBE_NUM * RAY_TYPE_COUNT个HitgroupRecord
    • 然后添加函数updateAccel，这个函数首先接受输入的方块中心坐标，边长和颜色，然后以坐标和边长建立方块的TriangleMesh，更新对应的buffer和buildinput，然后调用updateSBT函数更新方块颜色，最后将OptixAccelBuildOptions::operation设置为OPTIX_BUILD_OPERATION_UPDATE后调用optixBuildAccel完成更新
    • 添加函数updateSBT来更新对应方块的HitgroupRecord中的color，然后上传到sbt中

• 按'L'在场景中添加长方形光源

  • 需要输入光源某顶点的坐标及其相邻两边的方向、光源的强度和颜色（除了光源强度外，都为三维向量）
  • 实现方式：
    • 预先设定最大光源数量MAX_LIGHT_NUM，默认为8，在LaunchParams中将原先的一个struct light改为struct light[MAX_LIGHT_NUM]数组，再添加一个整数lightNum记录当前光源数量
    • 添加函数updateLight接受输入并修改launchParams.light

• 使用方向键控制相机位置移动

• 按'S'键对当前渲染结果截图，保存在./Screenshot中

  • 实现方式：
    • 将渲染出的每一个像素RGB值保存起来，按bmp位图格式写入目标文件

• 在窗口标题栏显示FPS和当前相机坐标

  • 实现方式：
    • 每次渲染新的帧时计数，在一定时间间隔（1s）后更新FPS值
    • 使用glfWINDOW的cameraFrame类维护相机坐标，在每次渲染时更新

• 按'D'开关降噪

• 按','减少每个像素的采样数

• 按'.'增加每个像素的采样数