走进光线追踪的世界：100 行 Python 代码实现光线追踪渲染器！

2023-10-30 11:41:57

光线追踪简介

光线追踪是一种计算机图形技术，它通过模拟光线在场景中的传播来生成逼真的图像。光线追踪算法可以模拟各种光线行为，例如反射、折射、散射和吸收。这些光线行为可以用来生成逼真的阴影、高光、反射和折射效果。光线追踪算法还可以模拟各种材质的光学性质，例如漫反射、镜面反射、透明和折射。这些光学性质可以用来生成逼真的物体外观。

用 Python 实现光线追踪渲染器

现在，我们来用 Python 代码实现一个简单的光线追踪渲染器。这个渲染器将能够生成简单的场景的逼真图像。

import numpy as np
import math

# 定义场景
scene = {
    'spheres': [
        {'center': np.array([0, 0, -5]), 'radius': 2, 'color': np.array([1, 0, 0])},
        {'center': np.array([0, 2, -5]), 'radius': 1, 'color': np.array([0, 1, 0])},
        {'center': np.array([-2, 0, -5]), 'radius': 1, 'color': np.array([0, 0, 1])}
    ],
    'light': {'position': np.array([5, 5, 5]), 'color': np.array([1, 1, 1])}
}

# 定义摄像机
camera = {
    'position': np.array([0, 0, 0]),
    'direction': np.array([0, 0, -1])
}

# 定义图像大小
image_width = 800
image_height = 600

# 创建图像
image = np.zeros((image_height, image_width, 3))

# 渲染图像
for y in range(image_height):
    for x in range(image_width):
        # 计算光线方向
        ray_direction = np.array([x - image_width / 2, y - image_height / 2, -image_width]) / image_width

        # 发射光线
        color = cast_ray(ray_direction, scene)

        # 设置图像像素颜色
        image[y, x, :] = color

# 保存图像
plt.imsave('image.png', image)