golang实现路径追踪渲染引擎插件库pt的使用

Golang实现路径追踪渲染引擎插件库pt的使用

pt是一个用Go语言编写的CPU单方向路径追踪渲染引擎，具有丰富的功能和简单的API。

功能特性

  • 支持OBJ和STL格式
  • 支持纹理、凹凸贴图和法线贴图
  • 支持有符号距离场的射线行进
  • 支持从图像切片进行体积渲染
  • 支持多种材质属性
  • 支持可配置的景深效果
  • 支持迭代渲染
  • 支持自适应采样和噪点减少
  • 使用k-d树加速射线相交测试
  • 利用所有CPU核心并行计算
  • 100%纯Go实现，除了标准库外无其他依赖

安装

go get -u github.com/fogleman/pt/pt

示例代码

以下是一个基础的使用示例，展示了pt库的基本API：

package main

import . "github.com/fogleman/pt/pt"

func main() {
	// 创建场景
	scene := Scene{}

	// 创建材质
	material := DiffuseMaterial(White)

	// 添加地板(平面)
	plane := NewPlane(V(0, 0, 0), V(0, 0, 1), material)
	scene.Add(plane)

	// 添加球体
	sphere := NewSphere(V(0, 0, 1), 1, material)
	scene.Add(sphere)

	// 添加球形光源
	light := NewSphere(V(0, 0, 5), 1, LightMaterial(White, 8))
	scene.Add(light)

	// 设置相机位置
	camera := LookAt(V(3, 3, 3), V(0, 0, 0.5), V(0, 0, 1), 50)

	// 使用渐进式细化渲染场景
	sampler := NewSampler(4, 4)
	renderer := NewRenderer(&scene, &camera, sampler, 960, 540)
	renderer.AdaptiveSamples = 128
	renderer.IterativeRender("out%03d.png", 1000)
}

Hello World

运行示例

pt库提供了许多示例可供学习。要运行示例，可以执行：

cd go/src/github.com/fogleman/pt
go run examples/gopher.go

自适应采样

pt提供了多种采样选项，可以减少达到可接受噪点水平所需的时间。以下是一些可以改善渲染质量的选项：

  • 分层采样 - 在第一次相交时，以分层模式生成NxN射线，确保分布均匀
  • 采样所有光源 - 在每个交点处，采样所有光源的直接光照而非随机一个光源
  • 强制镜面反射 - 在每个交点处，强制漫反射和镜面反射反弹并适当加权
  • 自适应采样 - 对高方差像素花费更多采样时间
  • 噪点减少 - 对极高方差像素进行非常密集的采样

可选Embree加速

可以选择使用Intel的Embree光线追踪内核来加速三角形网格相交测试。首先在系统上安装embree，然后获取go-embree包装器并检出pt的embree分支：

git checkout embree
go get -u github.com/fogleman/go-embree

示例渲染效果

Go

Dragon

Cornell


更多关于golang实现路径追踪渲染引擎插件库pt的使用的实战教程也可以访问 https://www.itying.com/category-94-b0.html

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Golang实现路径追踪渲染引擎插件库pt的使用

路径追踪(Path Tracing)是一种先进的3D渲染技术，能够产生高度真实的图像效果。在Golang中，我们可以使用pt库来实现路径追踪渲染。下面我将详细介绍如何使用这个库。

安装pt库

首先需要安装pt库：

go get -u github.com/fogleman/pt/pt

基本使用示例

下面是一个简单的路径追踪渲染示例：

package main

import (
	"github.com/fogleman/pt/pt"
	"image/color"
)

func main() {
	// 创建场景
	scene := pt.Scene{}
	
	// 创建材质
	material := pt.GlossyMaterial(color.RGBA{255, 0, 0, 255}, 1.5, pt.Radians(30))
	
	// 添加球体到场景
	sphere := pt.NewSphere(pt.Vector{0, 0, 0}, 1, material)
	scene.Add(sphere)
	
	// 添加光源
	light := pt.NewSphere(pt.Vector{3, 5, 5}, 0.5, pt.LightMaterial(pt.White, 10))
	scene.Add(light)
	
	// 设置相机
	camera := pt.LookAt(
		pt.Vector{3, 3, 3},  // 相机位置
		pt.Vector{0, 0, 0},  // 观察点
		pt.Vector{0, 1, 0},  // 上向量
		45,                  // 视野角度
	)
	
	// 渲染设置
	sampler := pt.NewSampler(4, 4)
	renderer := pt.NewRenderer(&scene, &camera, sampler, 800, 600)
	
	// 开始渲染
	renderer.Render(100, "output.png") // 100次迭代
}

高级功能

1. 复杂场景构建

func createComplexScene() *pt.Scene {
	scene := pt.Scene{}
	
	// 添加地面
	groundMaterial := pt.GlossyMaterial(color.RGBA{200, 200, 200, 255}, 1.2, pt.Radians(10))
	ground := pt.NewCube(pt.Vector{-5, -1, -5}, pt.Vector{5, 0, 5}, groundMaterial)
	scene.Add(ground)
	
	// 添加多个球体
	for i := 0; i < 5; i++ {
		mat := pt.GlossyMaterial(
			color.RGBA{byte(50 * i), byte(50 * i), 255, 255},
			1.3 + float64(i)*0.1,
			pt.Radians(20 + 5*i),
		)
		sphere := pt.NewSphere(pt.Vector{float64(i-2) * 1.5, 0.5, 0}, 0.5, mat)
		scene.Add(sphere)
	}
	
	// 添加区域光
	lightMat := pt.LightMaterial(pt.White, 30)
	light := pt.NewCube(pt.Vector{-1, 4, -1}, pt.Vector{1, 4.1, 1}, lightMat)
	scene.Add(light)
	
	return &scene
}

2. 使用纹理

func texturedScene() *pt.Scene {
	scene := pt.Scene{}
	
	// 加载纹理
	texture, err := pt.LoadTexture("texture.jpg")
	if err != nil {
		panic(err)
	}
	
	// 创建纹理材质
	texMat := pt.TextureMaterial(texture, 1.5, pt.Radians(30))
	
	// 创建带纹理的立方体
	cube := pt.NewCube(pt.Vector{-1, 0, -1}, pt.Vector{1, 2, 1}, texMat)
	scene.Add(cube)
	
	// 添加光源
	light := pt.NewSphere(pt.Vector{3, 5, 3}, 0.5, pt.LightMaterial(pt.White, 20))
	scene.Add(light)
	
	return &scene
}

3. 自定义采样器

func customSampler() {
	// 创建自定义采样器
	sampler := &pt.Sampler{
		SampleCount:       4,
		SampleCountRoot:   2,
		LensSampleCount:   1,
		TimeSampleCount:   1,
		DirectLightSample: true,
		RussianRoulette:   true,
	}
	
	scene := createComplexScene()
	camera := pt.LookAt(pt.Vector{5, 3, 5}, pt.Vector{0, 0.5, 0}, pt.Vector{0, 1, 0}, 45)
	renderer := pt.NewRenderer(scene, &camera, sampler, 1024, 768)
	
	// 渐进式渲染
	for i := 0; i < 10; i++ {
		renderer.IterativeRender("output_"+strconv.Itoa(i)+".png", 10)
	}
}

性能优化技巧

  1. 调整采样次数：增加采样次数可以提高质量但会降低速度
  2. 使用BVH加速：场景复杂时启用BVH加速
  3. 控制递归深度：设置合理的最大光线反弹次数
  4. 并行渲染：pt库默认使用多核并行渲染
func optimizedRender() {
	scene := createComplexScene()
	
	// 启用BVH加速
	scene.BVH = pt.NewBVH(scene.Shapes, 1)
	
	camera := pt.LookAt(pt.Vector{5, 3, 5}, pt.Vector{0, 0.5, 0}, pt.Vector{0, 1, 0}, 45)
	
	// 使用更多采样
	sampler := pt.NewSampler(8, 8)
	
	// 限制最大递归深度
	renderer := pt.NewRenderer(scene, &camera, sampler, 1024, 768)
	renderer.MaxDepth = 8
	
	renderer.Render(1000, "high_quality.png")
}

总结

pt库为Golang提供了强大的路径追踪渲染能力。通过合理设置场景、材质、光源和相机参数，可以创建出高质量的渲染图像。对于更复杂的应用，可以进一步探索：

  1. 体积渲染效果
  2. 程序化纹理生成
  3. 动画渲染
  4. 分布式渲染

pt库的API设计简洁，文档完善，是学习和实现路径追踪算法的优秀选择。

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