引言
太极图形课会分成「太极」语言与计算机「图形学」两部分。前半部分主讲太极编程语言的基础语法，高级用法，以及调试和优化太极程序的方式。后半部分侧重于图形学知识，我们将以实践者的角度来聊一聊基于太极语言的渲染和仿真。
光线追踪基本概念
What can we get from a ray tracer
我们的 ray tracer 包括光源、镜面材质、介电质、漫反射材质，不同的材质会呈现出不同的结果：
在半透明的球上面可以看到全反射、聚光斑，地上的阴影也是软阴影，这些都是我们想要呈现的效果。
Rendering techniques
光追的另一种方法是光栅化。一般我们会把渲染管线分为两大类来处理：
- 实时效果 更多考虑光栅化进行渲染
- 光线追踪渲染更多追求 渲染效果
What I’ve been playing recently:
包括最近的《仙剑7》拥有开光追的选项，上图可以比对光栅化和光线追踪的效果，比如反光表面细节会更丰富一些，水潭的反射投影也会更好，画面整体给人感觉更明亮一些。
Why ray tracing?
- It provides us nicely-looking pictures
- It is conceptually easier to understand
光线追踪可以产生更漂亮的图片，做图形学很多也就图个漂亮。
The Cornell Box
这是陈列在美国康奈尔大学的一个盒子，如果我们放入两个盒子：
左边的图是实拍的，右边的图是渲染的，可以发现已经非常接近了，也是我们做渲染的初衷。
How do we see the world
我们的眼睛可以感知到这个世界。
这个世界有许多光源，光源会把光打到一些物体上面，这些物体会把光线反射到你的眼睛里面，然后你就可以看到这个物体了。
当然，我们也可以在眼前放一块幕布，所有的光线打到幕布上，我们只看幕布其实和看真实世界没什么区别，这和看电影是类似的。
How do we see the (virtual) world
渲染也是一样。我们在虚拟世界设置光源打出光线，兔子传到虚拟世界的眼睛–相机上：
这条 right ray 有起点和方向，如果恰好打到我们的眼睛就可以看到这条光线和带来的信息。
Assumptions of the light rays
光线追踪的基本假设：
- 所有的光都是走直线（几何光学的解释），现实中光因为波粒二象性可以衍射走弯路
- 光和光没有碰撞
- 光路可逆
How to we see the world (from Empedocles)
有一个非常古老的传统学说：发射说，这个学派用触觉类比视觉。这个哲学观点非常淳朴，但非常符合我们在光线追踪中的思想。
The ultimate question in rendering:
在渲染中经常遇到的一个问题是这个 pixel 长什么样子，像素是什么颜色？虚拟世界中我们可以把屏幕架到相机前面去，从眼睛的方向发射一条指定的光线去问这条光线看到的是什么颜色。
def color(ray_origin, ray_direction): |
光线追踪到底在追什么
Option I: color
Fill the color of the first hit object
我的眼睛在屏幕前面，我可以从眼睛前射出几条光，通过幕布上的某些像素打到物体上面告诉我是灰的，那么我就在屏幕上画灰的；我也可以从眼睛发出光打到光源上面，光源告诉我是白的，那么我们就可以把白点画在这个地方。
Usually done with (perspective) projections
Returns flat-looking results
结果看起来非常平，它没有让我们直观上感觉到三维的东西。
We cannot tell the materials using their colors
我们感受到的颜色不单单只是物体表面的颜色。
A and B, which one is “whiter”?
what you see = color * brightness
我们看到的可以认为是一个颜色和一个亮度的叠加。
“Let there be light shading”
Option II: color + shading
The Lambertian reflectance model
Why the cos(θ)?
The larger cos(θ), the higher energy/area
Looks like 3D!
How about the specular surfaces?
The Phong reflectance model
The Blinn–Phong reflectance model
Shining! But floating!