太极图形课——渲染——光线追踪实战第一部分呢

根据概念部分我们逐步通过太极实现光线追踪

总共可以分为5步

第一步：如何发射出一道光？

首先明确何为一道光，光从我们眼睛（摄像机）射出，那么在三维虚拟世界里，我们可以认为这道光就是一条射线，在三维世界里，一条射线可以由一个点和一个向量定义

任何在这条射线上的点，我们都可以用一个标量t来表示，这个标量的值代表了这个点到射出去的原点的距离

那么我们如何把这样一条射线放进我们所定义的虚拟世界中呢，首先需要设定的就是在这个虚拟世界中我们眼睛（摄像机）的位置，这个位置通过三维世界的坐标一个三维的数组就可以表达了，第二就是定义我们看的方向，也就是方向向量，也通过一个三维的数组表达

在概念中说，最后我们要将三维的物体投影在眼前的屏幕上就可以了，那么我们就需要放置屏幕，我们所看的方向穿过这个屏幕的中心，这个屏幕垂直于我们的视线

现在屏幕的位置还没有确定，首先我们需要确定屏幕和我们眼睛的距离，再确定屏幕屏幕的方向，我们设定一个三维向量来确定，最后就是屏幕的大小，这个我们通过设定一个fov来表示

通过fov可以求出屏幕的半宽和半长，宽由长决定，取决于你需要几比几的屏幕，例如16:9，有了这些我们设定一个以屏幕中心为原点的坐标系uvw，最后可以确定眼睛或者说摄像机左下角出发的点，并确定其水平和垂直的向量

此时我们就已经准备好发射射线

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#首先定义一个世界坐标系，其中有眼睛或者说摄像机的位置
lookfrom[None] = [x,y,z]
#定义朝向
lookat[None] = [x,y,z]
#定义屏幕和其中心点
theta = 1.0/3.0 *pi #fov设置
half_height = ti.tan(theta/2.0) *distance
half_width = aspect_ratio * half_height * distance
w = (lookfrom[None] - lookat[None]).normalized()
u = (upp[None].cross(w)).normalized()
v = w.cross(u)
#可以得到屏幕的视点位置
cam_lower_left_corner[None] = (lookfrom[None] - half_width*u - half_height *v - w)*distance 
cam_horizational[None] = 2* half_width * u * distance 
cam_vertical[None] = 2 * half_height * v *distance
#发射光线
u = float(j)/res_x
v = float(i)/res_Y
ray.direction = cam_lower_left_corner[None] + u * cam_horizational[None] + v * cam_vertical[None] - lookfrom[None]
#pixel块是一个像素点方块，我们可以将其放在正中间
u = float(i + 0.5)/res_x
v = float(j + 0.5)/res_y