mini_raytracing_in_c (8) Phong lighting

typedef struct s_object t_object; typedef struct s_sphere t_sphere; // 추가 typedef struct s_light t_light; // 추가 끝 ... typedef int t_object_type; # define SP 0 // 추가 # define LIGHT_POINT 1 // 추가 끝 ... struct s_sphere { t_point3 center; double radius; double radius2; }; // 추가 struct s_light { t_point3 origin; t_color3 light_color; double bright_ratio; }; // 추가 끝

... t_sphere *sphere(t_point3 center, double radius) { t_sphere *sp; if(!(sp = (t_sphere *)malloc(sizeof(t_sphere)))) return (NULL); sp->center = center; sp->radius = radius; sp->radius2 = radius * radius; return (sp); } // 추가 t_light *light_point(t_point3 light_origin, t_color3 light_color, double bright_ratio) { t_light *light; if(!(light = (t_light *)malloc(sizeof(t_light)))) return (NULL); light->origin = light_origin; light->light_color = light_color; light->bright_ratio = bright_ratio; return (light); } // 추가 끝

... // 추가 t_light *light_point(t_point3 light_origin, t_color3 light_color, double bright_ratio); ...

... // 추가 typedef struct s_hit_record t_hit_record; typedef struct s_object t_object; // 추가 끝 ... struct s_hit_record { t_point3 p; t_vec3 normal; t_bool front_face; double tmin; double tmax; double t; t_bool front_face; // 추가 t_color3 albedo; // 추가 끝 }; ... struct s_object { t_object_type type; void *element; void *next; // 추가 t_color3 albedo; // 추가 끝 };

#include "scene.h"// 수정 t_object *object(t_object_type type, void *element, t_color3 albedo) // 수정 끝 { t_object *new; if (!(new = (t_object *)malloc(sizeof(t_object)))) return (NULL); new->type = type; new->element = element; new->next = NULL; // 추가 new->albedo = albedo; // 추가 끝 return (new); }

... // 수정 t_object *object(t_object_type type, void *element, t_color3 albedo); // 수정 끝

// 수정 t_bool hit_sphere(t_object *sp_obj, t_ray *ray, t_hit_record *rec) // 수정 끝 { // 추가 t_sphere *sp; // 추가 끝 t_vec3 oc; double a; double half_b; double c; double discriminant; //판별식 double sqrtd; double root; // 추가 sp = sp_obj->element; // 추가 끝 ... // 추가 rec->albedo = sp_obj->albedo; // 추가 끝 return (TRUE); }

... struct s_canvas { int width; //canvas width int height; //canvas height; double aspect_ratio; //종횡비 }; // 추가 struct s_scene { t_canvas canvas; t_camera camera; t_object *world; t_object *light; t_color ambient; // 8.4에서 설명할 요소 t_ray ray; t_hit_record rec; }; // 추가 끝

#include "print.h" #include "trace.h"// 추가 t_scene *scene_init(void) { t_scene *scene; t_object *world; t_object *lights; double ka; // 8.4 에서 설명 // malloc 할당 실패 시, 실습에서는 return NULL로 해두었지만, 적절한 에러 처리가 필요하다. if(!(scene = (t_scene *)malloc(sizeof(t_scene)))) return (NULL); scene->canvas = canvas(400, 300); scene->camera = camera(&scene->canvas, point3(0, 0, 0)); world = object(SP, sphere(point3(-2, 0, -5), 2), color3(0.5, 0, 0)); // world 에 구1 추가 oadd(&world, object(SP, sphere(point3(2, 0, -5), 2), color3(0, 0.5, 0))); // world 에 구2 추가 oadd(&world, object(SP, sphere(point3(0, -1000, 0), 999), color3(1, 1, 1))); // world 에 구3 추가 scene->world = world; lights = object(LIGHT_POINT, light_point(point3(0, 5, 0), color3(1, 1, 1), 0.5), color3(0, 0, 0)); // 더미 albedo scene->light = lights; ka = 0.1; // 8.4 에서 설명 scene->ambient = vmult(color(1,1,1), ka); // 8.4 에서 설명 return (scene); } // 추가 끝 int main(void) { int i; int j; double u; double v; t_color3 pixel_color; // 수정 t_scene *scene; scene = scene_init(); // 랜더링 // P3 는 색상값이 아스키코드라는 뜻, 그리고 다음 줄은 캔버스의 가로, 세로 픽셀 수, 마지막은 사용할 색상값 // 수정 printf("P3\n%d %d\n255\n", scene->canvas.width, scene->canvas.height); j = scene->canvas.height - 1; while (j >= 0) { i = 0; while (i < scene->canvas.width) { u = (double)i / (scene->canvas.width - 1); v = (double)j / (scene->canvas.height - 1); //ray from camera origin to pixel scene->ray = ray_primary(&scene->camera, u, v); pixel_color = ray_color(scene); // ray_color함수의 인자도 ray, world를 모두 담고 있는 scene으로 바꿨다. // 수정 끝 write_color(pixel_color); ++i; } --j; } return (0); }

... typedef int t_object_type; # define SP 0 # define LIGHT_POINT 1 // 추가 # define EPSILON 1e-6 // 0.000001 // 추가 끝

... // 추가 t_hit_record record_init(void) { t_hit_record record; record.tmin = EPSILON; record.tmax = INFINITY; return (record); } // 추가 끝 // 수정 t_color3 ray_color(t_scene *scene) { double t; t_vec3 n; //광선이 구에 적중하면(광선과 구가 교점이 있고, 교점이 카메라 앞쪽이라면!) scene->rec = record_init(); if (hit(scene->world, &scene->ray, &scene->rec)) return (phong_lighting(scene)); //phong_lighting 함수는 8.4에서 설명한다. 이제 법선 벡터를 매핑해서 얻은 색이 아닌, 앞으로 작성할 phong_lighting 함수의 결과값을 반환한다! else { //ray의 방향벡터의 y 값을 기준으로 그라데이션을 주기 위한 계수. t = 0.5 * (scene->ray.dir.y + 1.0); // (1-t) * 흰색 + t * 하늘색 return (vplus(vmult(color3(1, 1, 1), 1.0 - t), vmult(color3(0.5, 0.7, 1.0), t))); } } // 수정 끝

... // 수정 t_color3 ray_color(t_scene *scene); // 수정 끝 ...

#include "trace.h" t_color3 phong_lighting(t_scene *scene) { t_color3 light_color; t_object *lights; light_color = color3(0, 0, 0); //광원이 하나도 없다면, 빛의 양은 (0, 0, 0)일 것이다. lights = scene->light; while (lights) //여러 광원에서 나오는 모든 빛에 대해 각각 diffuse, specular 값을 모두 구해줘야 한다 { if(lights->type == LIGHT_POINT) light_color = vplus(light_color, point_light_get(scene, lights->element)); lights = lights->next; } light_color = vplus(light_color, scene->ambient); return (vmin(vmult_(light_color, scene->rec.albedo), color3(1, 1, 1))); //모든 광원에 의한 빛의 양을 구한 후, 오브젝트의 반사율과 곱해준다. 그 값이 (1, 1, 1)을 넘으면 (1, 1, 1)을 반환한다. }

... // 추가 t_color3 phong_lighting(t_scene *scene); // 추가 끝

... ka = 0.1; scene->ambient = vmult(color(1,1,1), ka); // 8.4 에서 설명

t_color3 phong_lighting(t_scene *scene) { t_color3 light_color; t_object *lights; light_color = color3(0, 0, 0); //광원이 하나도 없다면, 빛의 양은 (0, 0, 0)일 것이다. lights = scene->light; /* 주석처리 while (lights) //여러 광원에서 나오는 모든 빛에 대해 각각 diffuse, specular 값을 모두 구해줘야 한다 { if (lights->type == LIGHT_POINT) light_color = vplus(light_color, point_light_get(scene, lights->element)); lights = lights->next; } */ light_color = vplus(light_color, scene->ambient); return (vmin(vmult_(light_color, scene->rec.albedo), color3(1, 1, 1))); //모든 광원에 의한 빛의 양을 구한 후, 오브젝트의 반사율과 곱해준다. 그 값이 (1, 1, 1)을 넘으면 (1, 1, 1)을 반환한다. }

t_color3 point_light_get(t_scene *scene, t_light *light) { t_color3 diffuse; t_vec3 light_dir; double kd; // diffuse의 강도 light_dir = vunit(vminus(light->origin, scene->rec.p)); //교점에서 출발하여 광원을 향하는 벡터(정규화 됨) // cosΘ는 Θ 값이 90도 일 때 0이고 Θ가 둔각이 되면 음수가 되므로 0.0보다 작은 경우는 0.0으로 대체한다. kd = fmax(vdot(scene->rec.normal, light_dir), 0.0);// (교점에서 출발하여 광원을 향하는 벡터)와 (교점에서의 법선벡터)의 내적값. diffuse = vmult(light->light_color, kd); return (diffuse)); }

... //추가 t_color3 point_light_get(t_scene *scene, t_light *light); ...

... // 추가 t_vec3 reflect(t_vec3 v, t_vec3 n) { //v - 2 * dot(v, n) * n; return (vminus(v, vmult(n, vdot(v, n) * 2))); } // 추가 끝 t_color3 point_light_get(t_scene *scene, t_light *light) { t_color3 diffuse; t_vec3 light_dir; double kd; // 추가 t_color3 specular; t_vec3 view_dir; t_vec3 reflect_dir; double spec; double ksn; double ks; // 추가 끝 light_dir = vunit(vminus(light->origin, scene->rec.p)); kd = fmax(vdot(scene->rec.normal, light_dir), 0.0);// diffuse strength; diffuse = vmult(light->light_color, kd); //추가 view_dir = vunit(vmult(scene->ray.dir, -1)); reflect_dir = reflect(vmult(light_dir, -1), scene->rec.normal); ksn = 64; // shininess value ks = 0.5; // specular strength spec = pow(fmax(vdot(view_dir, reflect_dir), 0.0), ksn); specular = vmult(vmult(light->light_color, ks), spec); return (vplus(diffuse, specular)); //추가 끝 }

... # define EPSILON 1e-6 // 추가 # define LUMEN 3 // 이 값을 조절하여 장면의 밝기를 조절할 수 있다. // 추가 끝

... t_color3 point_light_get(t_scene *scene, t_light *light) { t_color3 diffuse; t_vec3 light_dir; double kd; t_color3 specular; t_vec3 view_dir; t_vec3 reflect_dir; double spec; double ksn; double ks; // 추가 double brightness; // 추가 끝 light_dir = vunit(vminus(light->origin, scene->rec.p)); kd = fmax(vdot(scene->rec.normal, light_dir), 0.0);// diffuse strength; diffuse = vmult(light->light_color, kd); view_dir = vunit(vmult(scene->ray.dir, -1)); reflect_dir = reflect(vmult(light_dir, -1), scene->rec.normal); ksn = 64; // shininess value ks = 0.5; // specular strength; spec = pow(fmax(vdot(view_dir, reflect_dir), 0.0), ksn); specular = vmult(vmult(light->light_color, ks), spec); // 제거 return (vplus(diffuse, specular)); // 제거 끝 // 추가 brightness = light->bright_ratio * LUMEN; // 기준 광속/광량을 정의한 매크로 return (vmult(vplus(vplus(ambient, diffuse), specular), brightness)); // 추가 끝 }