BitRenderer

基于C++17的软件渲染器。

支持光栅化实时漫游和光线追踪离线渲染。

采用金属粗糙度工作流，实现了基于微表面的GGX镜面反射BRDF和Lambertian漫反射BRDF相结合的材质模型。

选择obj模型和贴图，在光栅化模式下进行漫游，有线框、深度、着色三种模式可选。漫游确定合适相机位置后，可开启光线追踪离线渲染当前场景，渲染过程实时显示。光追采用蒙特卡洛路径追踪及BVH加速，支持多重重要性采样。

使用说明

UI按3:7纵向划分为SETUP界面和RENDER界面（自适应窗口大小变化），另有悬浮的STATUS界面（可移动和折叠）。

将鼠标悬停在UI界面的各个(?)标志处可查看相关详细信息。

• SETUP界面

  • Scene区域

    use preset复选框：勾选时显示load preset下拉框，未勾选时显示load obj下拉框及相关设置。默认未勾选。

    • load preset下拉框：选择预置场景。预置场景的几何表示为数学形式，无光栅化。

    • load obj下拉框：下载obj文件并置于./BitRenderer/load/文件夹（或其任意子文件夹）下，软件会在此处自动列出以供选择。

      Lambert选项 / Microfacet (GGX+Lambert)选项：选择材质类型。

      load base color map / load metallic map / load roughness map / load normal map下拉框：下载贴图（JPG, PNG, TGA, BMP, PSD, GIF, HDR, PIC）并置于./BitRenderer/load/文件夹（或其任意子文件夹）下，软件会在此处自动列出以供选择。法线贴图使用OpenGL标准。

      use single metallic value / use single roughness value复选框：勾选时使用单一值而不是贴图。

      tracing with cornell box复选框：勾选后光追时使用康奈尔盒包围obj，将自动设置相机至合适位置。

  • Command区域

    Rasterizing Roam配置：可在wireframe、depth、shade三个光栅化模式中选择其一，并选择是否显示坐标系。

    Ray Tracing配置：Start按钮开始光追，Abort按钮中止光追。

  • Camera区域

    仅光栅化时可与此区域UI交互。

    image width编辑框：编辑图像宽度。

    aspect ratio下拉框：选择宽高比，有1/1、4/3、3/2、16/9、2/1可选。

    vfov编辑框：编辑垂直视场角。可拖动以快速编辑。

    background color颜色编辑框：编辑背景颜色。可点击RGB后的颜色方块打开快速编辑界面。

    samples per pixel编辑框：编辑光追的每像素采样数。

    max depth编辑框：编辑光追的最大弹射深度。

    lookfrom、lookat、vup编辑框：显示及编辑相机的原点、注视点、向上方向。

  • Info区域

    打印程序运行信息。

• RENDER界面

  • Tracing Statistics区域

    • hit count：显示光追总击中（弹射）次数。

    • average depth：显示光追平均击中（弹射）次数。

    • total elapsed time：显示光追总耗时（加载obj用时+构建BVH用时+渲染用时）。

  • Image区域

    • Clear按钮：清除光追结果并重新开始光栅化。
    • Save按钮：保存当前渲染结果（光栅化或光追）至./BitRenderer/output/文件夹。

    图像实时显示当前渲染结果（光追过程中和光追结果未清除时显示光追图像，其它情况下显示光栅化图像）。

    点击图像进行键鼠交互，按ESC退出交互：

    • WS/AD/QE：前后/左右/上下移动相机

    • 鼠标中键：缩放fov

    • 鼠标左键：围绕当前观察点（随相机移动变化）转动视角（第三人称）

    • 鼠标右键：自身转动视角（第一人称）

    仅光栅化时可键鼠交互。

• STATUS界面

  实时显示状态信息：

  • UI fps：当前UI帧率。（UI后端为Win32+DirectX 12）

  • UI 1/fps：当前UI帧率的倒数，单位为毫秒。

  • sys memory load：系统内存负载，单位为百分比。

  • sys cpu usage：系统cpu占用率（每300毫秒统计一次），单位为百分比。

三方库

nothings/stb：图片读写。

ocornut/imgui：UI，后端使用Win32+DirectX 12。

tinyobjloader/tinyobjloader：obj加载。

参考资料

ssloy/tinyraytracer

ssloy/tinyrenderer

GAMES101

Ray Tracing in One Weekend Series

Crash Course in BRDF Implementation

Morgan McGuire's Computer Graphics Archive

相关问题

1. 本项目的源代码文件的编码格式为Unicode (UTF-8无签名) -代码页65001。中文windows操作系统下visual studio默认使用的编码格式为简体中文(GB2312) -代码页936，因此编译时可能因为中文注释导致换行符莫名被丢掉，从而导致各种编译报错。解决方案有两个：

   1. 在项目属性页 -> C/C++ -> 命令行中添加/utf-8来指定代码页。
   2. 将windows操作系统的默认编码改为UTF-8。

2. 关于分层采样的问题我的解决方案是补上缺失的采样数。