目 录

第1章 概述 1

1.1 文学编程 1

1.2 照片级渲染和光线跟踪算法 3

1.2.1 相机 4

1.2.2 光线-对象相交 5

1.2.3 光照分布 6

1.2.4 可见性 7

1.2.5 表面散射 7

1.2.6 递归光线跟踪 8

1.2.7 光线传播 9

1.3 pbrt系统概述 11

1.3.1 执行阶段 14

1.3.2 场景表达 15

1.3.3 渲染器接口与SamplerRenderer 17

1.3.4 主渲染循环 19

1.3.5 pbrt的并行机制 27

1.3.6 WHITTED光线跟踪积分器 31

1.4 如何阅读本书 35

1.5 使用并理解程序代码 36

1.5.1 指针或引用 36

1.5.2 代码优化 36

1.5.3 本书网站 37

1.5.4 系统扩展 37

1.5.5 Bug 37

1.6 进一步阅读 38

1.7 本章练习 39

第2章 几何形状和转换 40

2.1 坐标系 40

2.2 向量 41

2.2.1 运算 42

2.2.2 缩放操作 43

2.2.3 点积和叉积计算 44

2.2.4 标准化计算 46

2.2.5 基于向量的坐标系 46

2.3 点 47

2.4 法线 49

2.5 射线 50

2.6 三维包围盒 53

2.7 转换操作 56

2.7.1 齐次坐标 57

2.7.2 基本操作 58

2.7.3 平移 59

2.7.4 缩放操作 61

2.7.5 x，y，z轴旋转 62

2.7.6 围绕任意轴的旋转行为 63

2.7.7 视见转换 65

2.8 转换应用 66

2.8.1 点 67

2.8.2 向量 67

2.8.3 法线 68

2.8.4 射线 68

2.8.5 包围盒 69

2.8.6 复合转换 69

2.8.7 转换和坐标系的左右手规则 70

2.9 动画转换 70

2.9.1 四元数 72

2.9.2 四元数插值 74

2.9.3 AnimatedTransform实现 75

2.10 微分几何 79

2.11 进一步阅读 82

2.12 本章练习 83

第3章 几何形状 84

3.1 基本的Shape接口 84

3.1.1 包围机制 85

3.1.2 细化操作 86

3.1.3 相交行为 87

3.1.4 避免自相交行为 88

3.1.5 几何体着色 88

3.1.6 表面积 89

3.1.7 多面性 89

3.2 球体 89

3.2.1 构建过程 91

3.2.2 包围体 91

3.2.3 相交 92

3.2.4 局部球体 94

3.2.5 法线向量的偏导数 96

3.2.6 DifferentialGeometry的初始化操作 97

3.2.7 表面积 98

3.3 圆柱体 99

3.3.1 圆柱体的构造过程 99

3.3.2 圆柱体的包围机制 101

3.3.3 圆柱体的相交计算 101

3.3.4 局部圆柱体 102

3.3.5 圆柱体的表面积 103

3.4 圆盘 103

3.4.1 圆盘的构建过程 104

3.4.2 圆盘的包围机制 105

3.4.3 圆盘的相交计算 105

3.4.4 圆盘的表面积 106

3.5 其他二次表面 107

3.5.1 圆锥体 107

3.5.2 抛物面 108

3.5.3 双曲面 108

3.6 三角形和网格 109

3.6.1 三角形 112

3.6.2 三角形相交计算 113

3.6.3 网格表面积 117

3.6.4 着色几何体 118

3.7 表面细分 120

3.7.1 网格表达方式 122

3.7.2 网格边界 130

3.7.3 网格细分 130

3.7.4 计算新的顶点位置 132

3.7.5 更新网格拓扑结构 137

3.7.6 极限表面和输出结果 139

3.8 进一步阅读 142

3.9 本章练习 143

第4章 图元和相交加速计算 148

4.1 图元接口和几何图元 148

4.1.1 几何图元 151

4.1.2 TransformedPrimitive：对象实例和动画图元 152

4.2 集合体 155

4.3 网格加速结构 158

4.3.1 构建过程 159

4.3.2 遍历操作 164

4.4 包围体层次结构 169

4.4.1 BVH构建过程 170

4.4.2 启发式表面积计算 176

4.4.3 遍历过程中的紧凑BVH 180

4.4.4 遍历 182

4.5 kd树加速结构 185

4.5.1 树形结构的表达方式 186

4.5.2 树形结构的构造方式 188

4.5.3 遍历操作 196

4.6 调试聚合体 200

4.6.1 寻找聚合体中的bug 201

4.6.2 修复几何体中的bug 204

4.6.3 聚合体性能问题 204

4.7 进一步阅读 205

4.7.1 网格 205

4.7.2 包围体层次结构 205

4.7.3 kd树 207

4.7.4 启发式表面积方案 207

4.7.5 其他加速结构 208

4.8 本章练习 209

第5章 颜色和辐射度 212

5.1 光谱表达方式 212

5.1.1 Spectrum类型 213

5.1.2 CoefficientSpectrum实现 214

5.2 SampledSpectrum类 216

5.2.1 XYZ颜色 219

5.2.2 RGB颜色 222

5.3 RGBSpectrum实现 227

5.4 辐射度测量学的基本知识 229

5.4.1 基本量值 230

5.4.2 入射和出射辐射度函数 233

5.4.3 亮度和光度测定 233

5.5 与辐射积分协同工作 234

5.5.1 投影立体角的积分运算 235

5.5.2 球体坐标的积分运算 235

5.5.3 面积积分运算 237

5.6 表面反射 239

5.6.1 BRDF 239

5.6.2 BSSRDF 240

5.7 进一步阅读 241

5.8 本章练习 242

第6章 相机模型 243

6.1 相机模型概述 243

6.2 投影相机模型 246

6.2.1 正交相机 247

6.2.2 透视相机 250

6.2.3 景深 253

6.3 环境相机 257

6.4 进一步阅读 258

6.5 本章练习 259

第7章 采样和重构 260

7.1 采样理论 260

7.1.1 频率范围和傅里叶变换 261

7.1.2 理想采样状态和重构 263

7.1.3 锯齿 266

7.1.4 抗锯齿技术 267

7.1.5 图像合成技术 269

7.1.6 渲染中的锯齿来源 269

7.1.7 理解像素数据 270

7.2 图像采样接口 271

7.3 分层采样 &nbs