【RayTracer】（十三）图片纹理

之前我们实现了纯色和噪声纹理，但它们都是程序生成的纹理，这一节我们通过读入图片，实现图片纹理映射。

1 图片纹理类

要实现图片纹理类，我们先要读入一张图片，这可以用到一开始存图使用的轻量而强大的 stb_image 库，然后我们要找到纹理坐标和图片坐标的映射关系，非常简单，对于一张 M * N 的图片上的像素 (i, j)，它的纹理坐标是：
$$
u = \frac{i}{M-1},\ v = \frac{j}{N-1}
$$
于是可以实现一个图片纹理类：

/*
* 纹理类，包含各种纹理
*/
#pragma once
#ifndef TEXTURE_H
#define TEXTURE_H

#include "utilities.h"
#include "perlin.h"
#define STB_IMAGE_IMPLEMENTATION
#include "stb_image.h"

...
    
// 图片纹理
class image_texture : public texture {
public:
    const static int bytes_per_pixel = 3;

    image_texture()
        : data(nullptr), width(0), height(0), bytes_per_scanline(0) {}

    image_texture(const char* filename) {
        auto components_per_pixel = bytes_per_pixel;

        data = stbi_load(
            filename, &width, &height, &components_per_pixel, components_per_pixel);

        if (!data) {
            std::cerr << "ERROR: Could not load texture image file '" << filename << "'.\n";
            width = height = 0;
        }

        bytes_per_scanline = bytes_per_pixel * width;
    }

    ~image_texture() {
        delete data;
    }

    virtual color value(double u, double v, const vec3& p) const override {
        // 没有图片的话返回一个固定的颜色，便于debug
        if (data == nullptr)
            return color(0, 1, 1);

        // 输入的纹理坐标截断在[0,1]区间
        u = clamp(u, 0.0, 1.0);
        // 由于图片是从上到下存储的，相当于原点在左上角，而纹理坐标原点在左下角，因此纵坐标要翻转一下
        v = 1.0 - clamp(v, 0.0, 1.0); 
        // 纹理坐标映射到图片坐标
        auto i = static_cast<int>(u * width);
        auto j = static_cast<int>(v * height);
        if (i >= width)  i = width - 1;
        if (j >= height) j = height - 1;
        // 我们返回的颜色都在[0,1]之间，因此要除以255
        const auto color_scale = 1.0 / 255.0;
        auto pixel = data + j * bytes_per_scanline + i * bytes_per_pixel;

        return color(color_scale * pixel[0], color_scale * pixel[1], color_scale * pixel[2]);
    }

private:
    unsigned char* data;
    int width, height;
    int bytes_per_scanline;
};

#endif

2 测试效果

新建一个场景：

// 地球
hittable_list earth() {
    std::string TexturePath = "D:\\TechStack\\ComputerGraphics\\Ray Tracing in One Weekend Series\\Project\\Textures\\earthmap.jpg";
    auto earth_texture = make_shared<image_texture>(TexturePath.c_str());
    auto earth_surface = make_shared<lambertian>(earth_texture);
    auto globe = make_shared<sphere>(
        point3(0, 0, 0), point3(0, 0, 0), 0.0, 1.0, 2, earth_surface);

    return hittable_list(globe);
}

并对应修改主函数：

...
    
int sence = 4;
switch (sence) {
    ...
    default:
    case 4:
        world = earth();
        lookfrom = point3(13, 2, 3);
        lookat = point3(0, 0, 0);
        vfov = 20.0;
        break;
}

...

得到的效果：