实例#

我们通过创建六个矩形组成的 hittable_list ，来编写一个返回盒子的函数：

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inline shared_ptr<hittable_list> box(const point3& a, const point3& b, shared_ptr<material> mat)
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{
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    // 用两个对角顶点 a、b 定义一个轴对齐长方体，并返回它的 6 个面。
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    // 返回类型是 hittable_list，是因为长方体本身不是单个基础图元，
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    // 而是由 front/right/back/left/top/bottom 六个 quad 共同组成。
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    auto sides = make_shared<hittable_list>();
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    // 调用者传入的 a、b 不一定按最小角和最大角排序。
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    // 这里先整理出每个坐标轴上的 min/max，保证后续构造面的方向稳定。
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    auto min = point3(std::fmin(a.x(),b.x()), std::fmin(a.y(),b.y()), std::fmin(a.z(),b.z()));
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    auto max = point3(std::fmax(a.x(),b.x()), std::fmax(a.y(),b.y()), std::fmax(a.z(),b.z()));
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    // 三个边向量分别表示长方体在 x/y/z 方向上的尺寸。
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    // 每个 quad 由一个起点 Q 和两条边向量定义，因此下面会复用 dx/dy/dz
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    // 或它们的反方向，拼出朝向正确的六个面。
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    auto dx = vec3(max.x() - min.x(), 0, 0);
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    auto dy = vec3(0, max.y() - min.y(), 0);
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    auto dz = vec3(0, 0, max.z() - min.z());
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    // 每一面都选一个角点作为 Q，再给出沿该面的两条边。
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    // 边向量顺序会影响 quad 的法线方向，下面的排列让法线整体朝向盒子外侧。
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    sides->add(make_shared<quad>(point3(min.x(), min.y(), max.z()),  dx,  dy, mat)); // 前面：z = max.z()
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    sides->add(make_shared<quad>(point3(max.x(), min.y(), max.z()), -dz,  dy, mat)); // 右面：x = max.x()
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    sides->add(make_shared<quad>(point3(max.x(), min.y(), min.z()), -dx,  dy, mat)); // 后面：z = min.z()
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    sides->add(make_shared<quad>(point3(min.x(), min.y(), min.z()),  dz,  dy, mat)); // 左面：x = min.x()
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    sides->add(make_shared<quad>(point3(min.x(), max.y(), max.z()),  dx, -dz, mat)); // 顶面：y = max.y()
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    sides->add(make_shared<quad>(point3(min.x(), min.y(), min.z()),  dx,  dz, mat)); // 底面：y = min.y()
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    return sides;
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}

实例平移#

推理方法是：先将入射光线反向移动偏移量，判断是否发生相交，再将相交点正向移动偏移量。

我们需要将相交点正向移动偏移量，这样才能确保相交点确实位于入射光线的路径上。如果忘记正向移动相交点，那么相交点就会落在偏移光线的路径上，这就不对了。现在让我们添加实现这个功能的代码。

代码思路:不真正移动物体，而是把光线反向移动来复用原物体的 hit 逻辑。例如物体被平移了 offset，检测命中时就让光线起点减去 offset，相当于在物体原来的位置上做求交；命中后，再把 rec.p 加回 offset，得到真实世界坐标下的交点。bbox = object->bounding_box() + offset 则保证包围盒也跟着物体一起平移。

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class translate : public hittable {
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  public:
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    // translate 是一个“包装器”物体：它不改变原物体形状，只把原物体整体平移 offset。
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    translate(std::shared_ptr<hittable> object, const vec3& offset)
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        : object(object), offset(offset)
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    {
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        // 原物体的包围盒也要同步平移，方便 BVH 等加速结构继续使用正确的空间范围。
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        bbox = object->bounding_box() + offset;
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    }
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    bool hit(const ray& r, interval ray_t, hit_record& rec) const override {
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        // 把光线反向平移 offset，相当于把“平移后的物体”临时还原到原来的位置做求交。
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        ray offset_r(r.origin() - offset, r.direction());
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        // 在原物体的局部位置上检测 offset_r 是否命中。
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        if (!object->hit(offset_r, ray_t, rec))
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            return false;
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        // object->hit 得到的是原物体坐标下的交点，需要再平移回世界坐标。
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        rec.p += offset;
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        return true;
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    }
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    // 返回已经平移过的包围盒。
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    aabb bounding_box() const override { return bbox; }
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  private:
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    std::shared_ptr<hittable> object; // 被包装、被平移的原始物体。
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    vec3 offset; // 平移向量，表示原物体整体移动的方向和距离。
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    aabb bbox; // 平移后的轴对齐包围盒。
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};

我们还需要记得对包围盒进行偏移，否则入射光线可能会定位到错误的位置，从而轻易地判定为不相交。上述的 object->bounding_box() + offset 表达式需要一些额外的支持。

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class aabb {
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    ...
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};
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aabb operator+(const aabb& bbox, const vec3& offset) {
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    return aabb(bbox.x + offset.x(), bbox.y + offset.y(), bbox.z + offset.z());
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}
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aabb operator+(const vec3& offset, const aabb& bbox) {
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    return bbox + offset;
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}

由于 aabb 的每个维度都表示为一个区间，我们还需要为 interval 扩展一个加法运算符。

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interval operator+(const interval& ival, double displacement) {
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    return interval(ival.min + displacement, ival.max + displacement);
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}
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interval operator+(double displacement, const interval& ival) {
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    return ival + displacement;
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}