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Ray Tracing in One Weekend - 简中翻译

正在积极翻译中，部分内容尚未完成。

📄️ 1. 概览

我已经教授好几年图形学了。我通常通过实现一个光线追踪器来进行课程，因为这迫使学生自己写下所有代码。就算不调用 API，你仍可做出非常酷的图片。我决定将课程写成一个实战教程，带你尽快做出一个很酷的程序。虽然它不会是一个全功能光线追踪器，但其仍实现了间接光照 (间接光照使得光追成为电影中的常用技术)。跟随步骤，你会做出一个可拓展性极高的光线追踪器框架。若你对实现一个更进阶的光线追踪器感到兴趣，它应该非常容易改动。

📄️ 3. vec3 類

几乎所有图形程序都有一些储存几何向量与颜色的类。在很多系统中，这些向量是四维的(几何中的三维位置加上一个齐次座标，或颜色中的 RGB 加上一个 Alpha 透明度分量)。为了我们的目的，三维座标便足够。我们将使用一样的 vec3 类来表示颜色、位置、方向、偏移量等等。有些人不喜欢这样，因为这无法预防你做出一些傻事，比如用一个颜色向量减去一个位置向量。他们的论点很对，但当没有明显错误时，我们将永远选择"代码最少"的路径。即便如此，我们的确为 vec3 声明了两个别名: point3 和 color 。由于这两种类型只是 vec3 的别名，如果你传递一个 color 给一个需要 point3 的函数，你不会得到任何警告，并且没有任何事会阻止你将 point3 和 color 相加，但这让代码更容易被阅读和理解一些。

📄️ 4. 光线、简单相机与背景

所有光线追踪器都具备的一个共同点，就是拥有一个 ray（射线）类，以及一个计算沿着射线能看到什么颜色的算法。我们可以把射线看作一个函数：$P(t)=a+tb$ 。在这里，$P$ 是三维空间中沿着一条直线的三维位置（坐标）。$A$ 是射线起点（ray origin），$B$ 是射线方向（ray direction）。射线参数 t 是一个实数（在代码中为 double 类型）。代入不同的 t 值，P(t) 就会沿着射线移动该点。如果加上负的 t 值，你可以到达这条三维直线上的任意位置。而对于正的 t 值，你只能得到 $A$ 前方的部分，这也就是人们常说的射线（half-line，或直接叫 ray）。

📄️ 8. 抗锯齿 (Antialiasing)

若你放大目前渲染出来的图像，可能会注意到边缘呈现出很明显的 “阶梯状” 粗糙感。这种阶梯状通常称为 “走样”（aliasing），或 “锯齿”（jaggies）。真实相机拍照时，边缘通常不会有锯齿，因为边缘处的像素往往是前景与背景的混合。注意到，与我们渲染出来的图像不同，真实世界中的图像是连续的。即，世界本身（以及它的任何真实图像）实际上都有无限分辨率。我们可以藉由对每个像素取一组样本并求平均，来取得类似的效果。

📄️ 9. 漫反射材质

现在我们已经有了物体，以及每个像素发射多条射线，因此可以开始制作一些看起来更真实的材质。我们先从漫反射材质 (Diffuse Materials，也称雾面材质 ) 开始。其中一个设计上的问题是：我们是否要将几何与材质分离，使一个材质可以指定给多个球体，反之亦然；还是要让几何与材质紧密绑定在一起。后者对于程序化生成的物体特别有用，因为它们的几何形状与材质通常是一起产生、彼此关联的。本文将采用分离式设计，也就是将几何与材质分开管理。这是大多数渲染器常见的做法，不过也请注意，实际上还存在其他不同的设计方式。