//отражение
/*
* Направление отраженного луча определяется по закону:
* отраженный луч = падающий луч - 2* нормаль к точке попадания луча на сторону на скалярное произведение падающего луча и нормали
* из презентации
*/
public Ray Reflect(PointXYZ hit_point, PointXYZ normal)
{
//высчитываем направление отраженного луча
PointXYZ reflect_dir = End - 2 * normal * PointXYZ.ScalarMul(End, normal);
return(new Ray(hit_point, hit_point + reflect_dir));
}
//модель освещения
public PointXYZ Lumiance(PointXYZ hit_point, PointXYZ normal, PointXYZ material_color, float diffuse_coef)
{
PointXYZ direction = PointXYZ.normal(point_light - hit_point);// направление луча
//если угол между нормалью и направлением луча больше 90 градусов,то диффузное освещение равно 0
PointXYZ diff = diffuse_coef * color_light * Math.Max(PointXYZ.ScalarMul(normal, direction), 0);
return(new PointXYZ(diff.X * material_color.X, diff.Y * material_color.Y, diff.Z * material_color.Z));
}
public bool TriangleInter(Ray r, PointXYZ p0, PointXYZ p1, PointXYZ p2, out float intersect)
{
intersect = -1;
PointXYZ edge1 = p1 - p0;
PointXYZ edge2 = p2 - p0;
PointXYZ h = r.End * edge2;
float a = PointXYZ.ScalarMul(edge1, h);
if (a > -0.0001 && a < 0.0001)
{
return(false); // Этот луч параллелен этому треугольнику.
}
float f = 1.0f / a;
PointXYZ s = r.Start - p0;
float u = f * PointXYZ.ScalarMul(s, h);
if (u < 0 || u > 1)
{
return(false);
}
PointXYZ q = s * edge1;
float v = f * PointXYZ.ScalarMul(r.End, q);
if (v < 0 || u + v > 1)
{
return(false);
}
// На этом этапе мы можем вычислить t, чтобы узнать, где находится точка пересечения на линии.
float t = f * PointXYZ.ScalarMul(edge2, q);
if (t > 0.0001)
{
intersect = t;
return(true);
}
else //Это означает, что есть пересечение линий, но не пересечение лучей.
{
return(false);
}
}
//преломление
//все вычисления взяты из презентации
public Ray Refract(PointXYZ hit_point, PointXYZ normal, float refraction, float refract_coef)
{
Ray res_ray = new Ray();
float sclr = PointXYZ.ScalarMul(normal, End);
/*
* Если луч падает,то он проходит прямо,не преломляясь
*/
float n1n2div = refraction / refract_coef;
float theta_formula = 1 - n1n2div * n1n2div * (1 - sclr * sclr);
if (theta_formula >= 0)
{
float cos_theta = (float)Math.Sqrt(theta_formula);
res_ray.Start = new PointXYZ(hit_point);
res_ray.End = PointXYZ.normal(End * n1n2div - (cos_theta + n1n2div * sclr) * normal);
return(res_ray);
}
else
{
return(null);
}
}
public PointXYZ RTAlgotithm(Ray r, int iter, float env)
{
if (iter <= 0)
{
return(new PointXYZ(0, 0, 0));
}
float intersectionRayFigure = 0;// позиция точки пересечения луча с фигурой на луче
//нормаль стороны фигуры,с которой пересекся луч
PointXYZ normal = null;
Surface surface = new Surface();
PointXYZ res_color = new PointXYZ(0, 0, 0);
bool isFigureRefrat = false;
foreach (var f in figuresList)
{
if (f.FigureIntersection(r, out float intersect, out PointXYZ norm))
{
if (intersect < intersectionRayFigure || intersectionRayFigure == 0)// нужна ближайшая фигура к точке наблюдения
{
intersectionRayFigure = intersect;
normal = norm;
surface = new Surface(f.FigureSurface);
}
}
}
if (intersectionRayFigure == 0) //если не пересекается с фигурой
{
return(new PointXYZ(0, 0, 0)); //Луч уходит в свободное пространство .Возвращаем значение по умолчанию
}
//угол между направление луча и нормалью стороны острый
//определяем из какой среды в какую
//http://edu.glavsprav.ru/info/zakon-prelomleniya-sveta/
if (PointXYZ.ScalarMul(r.End, normal) > 0)
{
normal *= -1;
isFigureRefrat = true;
}
//Точка пересечения луча с фигурой
PointXYZ hit_point = r.Start + r.End * intersectionRayFigure;
/*В точке пересечения луча с объектом строится три вторичных
* луча – один в направлении отражения (1), второй – в направлении
* источника света (2), третий в направлении преломления
* прозрачной поверхностью (3).
*/
//цвет коэффициент принятия фонового освещения
PointXYZ lightk = raySource.color_light * surface.ambient;
lightk.X = (lightk.X * surface.Color.X);
lightk.Y = (lightk.Y * surface.Color.Y);
lightk.Z = (lightk.Z * surface.Color.Z);
res_color += lightk;
//диффузное освещение
//если точка пересечения луча с объектом видна из источника света
float raydist = (raySource.point_light - hit_point).Distance(); //координаты источника света луча
Ray tmp_r = new Ray(hit_point, raySource.point_light);
foreach (Figure fig in figuresList)
{
if (fig.FigureIntersection(tmp_r, out float t, out PointXYZ n))
{
if (t < raydist || t > 0.0001)
{
res_color += raySource.Lumiance(hit_point, normal, surface.Color, surface.diffuse);
}
}
}
/*Для отраженного луча
* проверяется возможность
* пересечения с другими
* объектами сцены.
*
* Если пересечений нет, то
* интенсивность и цвет
* отраженного луча равна
* интенсивности и цвету фона.
*
* Если пересечение есть, то в
* новой точке снова строится
* три типа лучей – теневые,
* отражения и преломления.
*/
if (surface.reflection > 0)
{
Ray refray = r.Reflect(hit_point, normal);
res_color += surface.reflection * RTAlgotithm(refray, iter - 1, env);
}
//расчет коэфициентов преломления
if (surface.refraction > 0)
{
//взависимости от того,из какой среды в какую,будет меняться коэффициент приломления
float refractk;
if (isFigureRefrat)
{
refractk = surface.environment;
}
else
{
refractk = 1 / surface.environment;
}
Ray refracted_ray = r.Refract(hit_point, normal, surface.refraction, refractk);//создаем приломленный луч
/*
* Как и в предыдущем случае,
* проверяется пересечение вновь
* построенного луча с объектами,
* и, если они есть, в новой точке
* строятся три луча, если нет – используется интенсивность и
* цвет фона.
*/
if (refracted_ray != null)
{
res_color += surface.refraction * RTAlgotithm(refracted_ray, iter - 1, surface.environment);
}
}
return(res_color);
}