実装内容:

• GLSL Sandbox を使用してレイトレーシングを1から実装
• 球，三角形，平面，円錐との交点の計算
• カメラからレイを⾶ばして各物体との交点を計算
• 各物体との交点から更にレイを飛ばして鏡面反射，屈折，フレネル反射，全反射を実装
• GLSL Sandbox では再帰関数を使用できないことと動作が現状でもかなり重いことから，フレネル反射を完全に再現することは諦めて，屈折と反射の内寄与が大きい方のみを追跡する
• 小さい方はスタックに残すが，スタック用の配列も動的にアクセスしたりできないため，すでにスタックにあるものと比較してそれよりも寄与が大きければ残しておき，最後に残った1つのレイを一度だけ辿って交点を計算
• 物質の屈折率やどういう反射をするかを指定可能
• 点光源の位置と個数を自由に設定可能
• 最終的に衝突した物体から点光源に向かってレイを飛ばして，影ができるかどうかを計算
• 影は屈折や反射等を考慮していない
• 屈折を起こす物体の影も考慮していない
• どの物体にも当たらない場合は背景色を表示
• マウスの位置に応じて真ん中の灰色の球が移動
• カメラが上下に移動
• ソースコードはこちらにも掲載
• GLSL Sandbox の解像度を2に設定していると処理がかなり重い
• 8に変えると画質は粗いがある程度スムーズに動く
• できるだけ速く計算を切り上げたり，同じ計算を何度もしないように工夫したが，根本的な改善には至らなかった
• 単純に反射回数と物体の個数が多いことが原因だと考えられる
• PCによっては表示されないこともあるようなので動画も作成した
• 物体を減らして反射回数を8回から5回に減らすことで動作を少し軽くしたものをこちらにも作成した
• ソースコードはこちらにも掲載

CGの内容:

• 水中と空中にある物体をカメラが上下しながら移しているシーンをイメージ
• 物体としては反射も屈折もしない物体，反射する物体，屈折する物体のすべてを用意
• 屈折する物体に関しては空気，水，氷，ガラス，ダイヤモンドの4つを用意
• 詳細は main 関数内の polygon objects 変数の定義のコメント(以下にコピーしたもの)を参照

  // 球(中心,半径,色, 反射屈折の種類, 屈折率) OR 三角形(点a,点b,点c,色, 反射屈折の種類, 屈折率) OR 平面(平面上の任意の1点a,法線ベクトル,色, 反射屈折の種類, 屈折率) OR 円錐(底面の円の中心,法線ベクトル,底面半径,高さ,色, 反射屈折の種類, 屈折率) のオブジェクトを作成
  // 反射屈折の種類は 0ならどちらもなし，1なら反射，2なら屈折することを表している
  // 屈折率としては ,空気: refr_air，水: refr_water，氷: refr_ice，ガラス: refr_glass，ダイヤモンド: refr_diamond を設定可能だが，自由に1以上の浮動小数点数を入れてもよい
  // 色は反射屈折の種類が 1,2 の場合は関係ないので no_color と設定し，屈折率は屈折の場合以外は関係ないので no_refr と設定する
  objects[0] = create_plane(vec3(0,0,-5),vec3(0,0,1),vec3(0.7,0.5,0.4),0,no_refr); // 地面
  objects[1] = create_plane(vec3(20,0,-5),vec3(-1,0,1),vec3(0.7,0.5,0.4),0,no_refr); // 地面の延長
  objects[2] = create_plane(vec3(-10,0,0),vec3(3,0,-1),background_color,0,no_refr); // 空の背景
  objects[3] = create_plane(vec3(-10,0,0),vec3(1,0,0),no_color,1,no_refr); // 鏡
  objects[4] = create_triangle(vec3(4,5,0),vec3(4,-3,2),vec3(0,0,-1.1),vec3(1,1,0),0,no_refr); // 黄色の三角
  objects[5] = create_triangle(vec3(-1,-8,-1),vec3(-4,-6,-5),vec3(-1,-7,-3.5),vec3(1,0,0),0,no_refr); // 赤の三角
  objects[6] = create_sphere(vec3(vec2(0.5-mouse.y,mouse.x-0.5)*10.0,-3.5),1.0,vec3(0.8,0.8,0.8),0,no_refr); // 動く球
  objects[7] = create_sphere(vec3(2,3,-3),0.5,vec3(0,0,1),0,no_refr); // 青の球
  objects[8] = create_sphere(vec3(1,-2,-0.5),1.0,no_color,1,no_refr); // 水面に浮かぶ鏡の球
  objects[9] = create_sphere(vec3(1,-6,-1),2.0,no_color,2,refr_ice); // 水面に浮かぶ氷の球
  objects[10] = create_sphere(vec3(2,3,-2.5),2.0,no_color,2,refr_glass); // 水中にあるガラスの球
  objects[11] = create_sphere(vec3(9.134,0,-4),1.0,no_color,2,refr_glass); // カメラが通るガラスの球
  objects[12] = create_cone(vec3(1,1,-0.5),vec3(0,2,4),3.0,4.0,vec3(0,1,0),0,no_refr); // 緑の円錐
  objects[13] = create_cone(vec3(-9,0,0),vec3(0,0,-1),22.0,30.0,no_color,2,refr_water); // 水中
  objects[14] = create_cone(vec3(5,-4,-5),vec3(0,-2,4),2.0,3.0,no_color,2,refr_air); // 水中の気泡
  objects[15] = create_cone(vec3(6 ,2,-2),vec3(0,0,1),1.0,0.5,no_color,2,refr_diamond); // 水中のダイヤモンドの上側
  objects[16] = create_cone(vec3(6 ,2,-2),vec3(0,0,-1),1.0,1.5,no_color,2,refr_diamond); // 水中のダイヤモンドも下側

• 動作を軽くした方では青の球，水面に浮かぶ鏡の球，水中のダイヤモンドの上側，水中のダイヤモンドの下側の4つの物体を減らした
• 鏡面反射に関しては奥の鏡や水面の鏡の球で確認可能
• 屈折は水面や水中の様々な物体で確認可能
• フレネル反射と全反射は水面やダイヤモンド内部，水中の円錐型の気泡などで確認可能
• カメラの位置は下からガラス中，水中，空中と移動

点光源の変更・追加・移動

1. const int PL_NUM を作成したい点光源の個数に変更する
2. main 関数内に PLS[i] = vec3(座標) のようにして点光源を作成

物体の変更・追加・移動:

1. const int OBJ_NUM を作成したいオブジェクトの個数に変更する
2. main 関数内に objects[i] = (物体) のようにして物体を作成(物体は以下のものを指定可能)
• 球：create_sphere(vec3 中心座標, float 半径, vec3 色, int 反射屈折の種類, float 屈折率)
• 三角形：create_triangle(vec3 点a, vec3 点b, vec3 点c, vec3 色, int 反射屈折の種類, float 屈折率)
• 平面：create_plane(vec3 平面上の1点a, vec3 法線ベクトル(大きさは不問), vec3 色, int 反射屈折の種類, float 屈折率)
• 円錐：create_cone(vec3 底面の円の中心座標, vec3 底面の中心から頂点へのベクトル(大きさは不問), float 底面半径, float 高さ, vec3 色, int 反射屈折の種類, float 屈折率)
• 反射屈折の種類は 0ならどちらもなし，1なら反射，2なら屈折することを表している
• 屈折率としては ,空気: refr_air，水: refr_water，氷: refr_ice，ガラス: refr_glass，ダイヤモンド: refr_diamond を設定可能だが，自由に1以上の浮動小数点数を入れてもよい
• 色は反射屈折の種類が 1,2 の場合は関係ないので no_color と設定し，屈折率は屈折の場合以外は関係ないので no_refr と設定する
3. 物体の中から外に出る際の外側の物質の屈折率変更
• shade 関数内の以下の部分を変更
• 物体の中から外に出るときは外の物質との交差判定がされないので，次にどの物質を進んでいるのかわからなくなるため各自設定が必要になる
• 判定プログラムを組むことも可能だが，これ以上動作が重くなるのを避けるため手動で設定することにした

  if (first_hit.p[2] >= -0.0001) {
    hit_refr = refr_air;
  } else if (length(first_hit.p - vec3(6,2,-2)) < 1.0 && length(first_hit.p[2] + 2.0) < 0.0001) {
    hit_refr = refr_diamond;
  } else {
    hit_refr = refr_water;
  }

カメラ設定の変更:

1. ピンホールとフィルムの距離：float l を変更
2. フィルムの横幅(縦幅は解像度に合わせて自動で指定)：float film_w を変更
3. カメラ(ピンホール)位置：vec3 c_from を変更
4. 現在は動くカメラの vec3 c_from = vec3(10,0,sin(time*0.1)*4.0); に設定されているが，以下のものはコメントアウトを変更するだけで設定可能
• ガラス中カメラ：const vec3 c_from = vec3(10,0,-4);
• 水中カメラ：const vec3 c_from = vec3(10,0,-3);
• 空中カメラ：const vec3 c_from = vec3(10,0,4.0);
5. カメラの向いている先：vec3 c_to を変更
6. カメラのUPベクトル：vec3 c_up を変更
7. カメラの位置に応じた屈折率：shade 関数内の以下の部分を変更

  // カメラがある位置に応じて屈折率を変更
  float refr;
  if (c_from[2] > 0.0) {
    refr = refr_air;
  } else if (c_from[2] < -3.5) {
    refr = refr_glass;
  } else {
    refr = refr_water;
  }

その他設定の変更:

1. 点光源の放射束：const float phi を変更
2. 反射回数：const int REFL_NUM を変更
3. 反射能：const float Kd を変更
4. 正反射率：const float Ks を変更
5. 背景色：const vec3 background_color を変更