Трассировка лучей

В папке example_images находятся примеры изображений сцен в формате {название сцены}_{ширина}_{высота}_{количество пикселей для усреднения}.png

Также примеры изображений можно посмотреть в галерее

Опции для запуска

• --width - ширина (по умолчанию 555)
• --number_of_samples - количество пикселей для усреднения (по умолчанию 10)
• --output_file_name - имя выходного файла (по умолчанию output.png)
• --show_after_complete - показать изображение после рендеринга программой ImageMagick (по умолчанию 1)
• --number_of_workers - количество потоков для рендеринга (по умолчанию количество ядер процессора)
• --scene - сцена, которую рендерить (по умолчанию cornell_box)

Сущности трассировщика:

• Луч
• Интерфейс Hittable - то, во что может попасть лучь (сфера, прямоугольник, треугольник, октаэдр)
• Интерфейс Material - определяет поведение луча при попадании в объект
• Интерфейс Texture - определяет текстуру объекта
• Интерфейс PDF (Функция распределения вероятностей) для имплементации метода Монте-Карло

Тестирование скорости

Тестировалось на 4 ядерном Intel Core I7-4770 в 4 потока

Cornell Box

Cornell Box 555x555x10: 10.81 секунд

Cornell Box 555x555x25: 22.93 секунд

Cornell Box 555x555x100: 80.37 секунд

Cornell Box 555x555x1000: 768.13 секунд

Cornell Box with octahedrons

Cornell Box with octahedrons 600x600x10: 14.54 секунд

Cornell Box with octahedrons 600x600x25: 30.56 секунд

Cornell Box with octahedrons 600x600x100: 111.88 секунд

Cornell Box with octahedrons 600x600x1000: 1059.41 секунд

Simple Random scene

Simple Random Scene 1920x1080x10: 717.84 секунд

Simple Random Scene 1920x1080x25: 1299.10 секунд

Simple Random Scene 1920x1080x100: 5348.86 секунд

Simple Scene with octahedrons

Simple Scene (with octahedrons) 1920x1080x10: 1203.50 секунд

Simple Scene (with octahedrons) 1920x1080x25: 3170.42 секунд

Simple Scene (with octahedrons) 1920x1080x100: 10524.04 секунд

Simple Scene with spheres

Simple Scene (spheres) 1920x1080x10: 300.26 секунд

Simple Scene (spheres) 1920x1080x25: 699.64 секунд

Simple Scene (spheres) 1920x1080x100: 2705.62 секунд

Simple Scene (spheres) 1920x1080x100: 22138.72 секунд

Вывод по результатам тестирования скорости

На основании результатов 2 последних сцен можно сделать вывод, что алгоритмом трассировки лучей сложнее рисовать фигуры, для которых сложнее считать попал ли луч в фигуру (для октаэдра используется алгоритм Моллера — Трумбора).

Разница в скорости сцены с октаэдрами и с сферами примерно в 4 раза.

Использованная литература

Peter Shirley - Ray Tracing in One Weekend

Peter Shirley - Ray Tracing: The Next Week

Peter Shirley - Ray Tracing: The Rest of Your Life