rtiow: better debugging, testing and fix some BVHTriangles bugs.
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parent
188b550fb7
commit
eea5c7c61e
@ -1,6 +1,7 @@
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|||||||
/// Implementation based on blog post @
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/// Implementation based on blog post @
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/// https://jacco.ompf2.com/2022/04/13/how-to-build-a-bvh-part-1-basics/
|
/// https://jacco.ompf2.com/2022/04/13/how-to-build-a-bvh-part-1-basics/
|
||||||
use std::f32::EPSILON;
|
use std::f32::EPSILON;
|
||||||
|
use std::fmt;
|
||||||
|
|
||||||
use stl::STL;
|
use stl::STL;
|
||||||
|
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||||||
@ -12,7 +13,7 @@ use crate::{
|
|||||||
vec3::{cross, dot, Vec3},
|
vec3::{cross, dot, Vec3},
|
||||||
};
|
};
|
||||||
|
|
||||||
#[derive(Debug)]
|
#[derive(Debug, PartialEq)]
|
||||||
struct BVHNode {
|
struct BVHNode {
|
||||||
aabb: AABB,
|
aabb: AABB,
|
||||||
left_child: usize,
|
left_child: usize,
|
||||||
@ -26,13 +27,21 @@ impl BVHNode {
|
|||||||
}
|
}
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
#[derive(Debug)]
|
#[derive(PartialEq)]
|
||||||
pub struct Triangle {
|
pub struct Triangle {
|
||||||
centroid: Vec3,
|
centroid: Vec3,
|
||||||
verts: [Vec3; 3],
|
verts: [Vec3; 3],
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
impl fmt::Debug for Triangle {
|
||||||
|
fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter) -> fmt::Result {
|
||||||
|
write!(
|
||||||
|
f,
|
||||||
|
"Tri: <{}, {}, {}> @ {}",
|
||||||
|
self.verts[0], self.verts[1], self.verts[2], self.centroid
|
||||||
|
)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
#[derive(Debug)]
|
|
||||||
pub struct BVHTriangles<M>
|
pub struct BVHTriangles<M>
|
||||||
where
|
where
|
||||||
M: Material,
|
M: Material,
|
||||||
@ -42,12 +51,56 @@ where
|
|||||||
bvh_nodes: Vec<BVHNode>,
|
bvh_nodes: Vec<BVHNode>,
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl<M> fmt::Debug for BVHTriangles<M>
|
||||||
|
where
|
||||||
|
M: Material,
|
||||||
|
{
|
||||||
|
fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter) -> fmt::Result {
|
||||||
|
write!(f, "{} triangles", self.triangles.len())?;
|
||||||
|
if f.alternate() {
|
||||||
|
writeln!(f)?;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
for (i, t) in self.triangles.iter().enumerate() {
|
||||||
|
if f.alternate() {
|
||||||
|
write!(f, "\t")?;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
write!(f, "{i:>3} {:?} ", t)?;
|
||||||
|
if f.alternate() {
|
||||||
|
writeln!(f)?;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
if f.alternate() {
|
||||||
|
writeln!(f)?;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
for (i, n) in self.bvh_nodes.iter().enumerate() {
|
||||||
|
write!(f, "N[{i}] {n:?}")?;
|
||||||
|
if f.alternate() {
|
||||||
|
writeln!(f)?;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
let n = &self.bvh_nodes[i];
|
||||||
|
if n.is_leaf() {
|
||||||
|
for t_idx in n.first_prim..(n.first_prim + n.prim_count) {
|
||||||
|
if f.alternate() {
|
||||||
|
write!(f, "\t")?;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
write!(f, "{:?} ", self.triangles[t_idx])?;
|
||||||
|
if f.alternate() {
|
||||||
|
writeln!(f)?;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
Ok(())
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
const ROOT_NODE_IDX: usize = 0;
|
const ROOT_NODE_IDX: usize = 0;
|
||||||
impl<M> BVHTriangles<M>
|
impl<M> BVHTriangles<M>
|
||||||
where
|
where
|
||||||
M: Material,
|
M: Material,
|
||||||
{
|
{
|
||||||
pub fn new(stl: &STL, material: M) -> BVHTriangles<M> {
|
pub fn new(stl: &STL, material: M) -> BVHTriangles<M> {
|
||||||
|
let div3 = 1. / 3.;
|
||||||
let triangles: Vec<_> = stl
|
let triangles: Vec<_> = stl
|
||||||
.triangles
|
.triangles
|
||||||
.iter()
|
.iter()
|
||||||
@ -55,7 +108,7 @@ where
|
|||||||
let v0 = t.verts[0];
|
let v0 = t.verts[0];
|
||||||
let v1 = t.verts[1];
|
let v1 = t.verts[1];
|
||||||
let v2 = t.verts[2];
|
let v2 = t.verts[2];
|
||||||
let centroid = (v0 + v1 + v2) * 0.3333;
|
let centroid = (v0 + v1 + v2) * div3;
|
||||||
Triangle {
|
Triangle {
|
||||||
centroid,
|
centroid,
|
||||||
verts: [v0, v1, v2],
|
verts: [v0, v1, v2],
|
||||||
@ -80,7 +133,7 @@ where
|
|||||||
aabb: AABB::default(),
|
aabb: AABB::default(),
|
||||||
left_child: 0,
|
left_child: 0,
|
||||||
first_prim: 0,
|
first_prim: 0,
|
||||||
prim_count: self.triangles.len() - 1,
|
prim_count: self.triangles.len(),
|
||||||
};
|
};
|
||||||
self.bvh_nodes.push(root);
|
self.bvh_nodes.push(root);
|
||||||
self.update_node_bounds(ROOT_NODE_IDX);
|
self.update_node_bounds(ROOT_NODE_IDX);
|
||||||
@ -91,7 +144,7 @@ where
|
|||||||
let node = &mut self.bvh_nodes[node_idx];
|
let node = &mut self.bvh_nodes[node_idx];
|
||||||
let mut aabb_min: Vec3 = f32::MAX.into();
|
let mut aabb_min: Vec3 = f32::MAX.into();
|
||||||
let mut aabb_max: Vec3 = f32::MIN.into();
|
let mut aabb_max: Vec3 = f32::MIN.into();
|
||||||
for i in node.first_prim..node.prim_count {
|
for i in node.first_prim..(node.first_prim + node.prim_count) {
|
||||||
let leaf_tri = &self.triangles[i];
|
let leaf_tri = &self.triangles[i];
|
||||||
aabb_min = vec3::min(aabb_min, leaf_tri.verts[0]);
|
aabb_min = vec3::min(aabb_min, leaf_tri.verts[0]);
|
||||||
aabb_min = vec3::min(aabb_min, leaf_tri.verts[1]);
|
aabb_min = vec3::min(aabb_min, leaf_tri.verts[1]);
|
||||||
@ -111,7 +164,7 @@ where
|
|||||||
let node = &self.bvh_nodes[idx];
|
let node = &self.bvh_nodes[idx];
|
||||||
|
|
||||||
// Compute split plane and position.
|
// Compute split plane and position.
|
||||||
let extent = node.aabb.min() - node.aabb.max();
|
let extent = node.aabb.max() - node.aabb.min();
|
||||||
let axis = node.aabb.longest_axis();
|
let axis = node.aabb.longest_axis();
|
||||||
let split_pos = node.aabb.min()[axis] + extent[axis] * 0.5;
|
let split_pos = node.aabb.min()[axis] + extent[axis] * 0.5;
|
||||||
|
|
||||||
@ -168,31 +221,37 @@ where
|
|||||||
if !node.aabb.hit(r, t_min, t_max) {
|
if !node.aabb.hit(r, t_min, t_max) {
|
||||||
return None;
|
return None;
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
//dbg!(&self);
|
||||||
|
|
||||||
if node.is_leaf() {
|
if node.is_leaf() {
|
||||||
for tri in &self.triangles {
|
return self
|
||||||
if let Some(RayTriangleResult { t, p }) =
|
.triangles
|
||||||
ray_triangle_intersect_moller_trumbore(r, tri)
|
.iter()
|
||||||
{
|
.map(|tri| {
|
||||||
//if let Some(RayTriangleResult { t, p }) = ray_triangle_intersect_geometric(r, tri) {
|
if let Some(RayTriangleResult { t, p }) = intersect_tri(r, tri) {
|
||||||
// We don't support UV (yet?).
|
// We don't support UV (yet?).
|
||||||
let uv = (0.5, 0.5);
|
let uv = (0.5, 0.5);
|
||||||
let v0 = tri.verts[0];
|
let v0 = tri.verts[0];
|
||||||
let v1 = tri.verts[1];
|
let v1 = tri.verts[1];
|
||||||
let v2 = tri.verts[2];
|
let v2 = tri.verts[2];
|
||||||
|
|
||||||
let v0v1 = v1 - v0;
|
let v0v1 = v1 - v0;
|
||||||
let v0v2 = v2 - v0;
|
let v0v2 = v2 - v0;
|
||||||
let normal = cross(v0v1, v0v2).unit_vector();
|
let normal = cross(v0v1, v0v2).unit_vector();
|
||||||
return Some(HitRecord {
|
//println!("hit triangle {tri:?}");
|
||||||
t,
|
Some(HitRecord {
|
||||||
uv,
|
t,
|
||||||
p,
|
uv,
|
||||||
normal,
|
p,
|
||||||
material: &self.material,
|
normal,
|
||||||
});
|
material: &self.material,
|
||||||
}
|
})
|
||||||
}
|
} else {
|
||||||
|
None
|
||||||
|
}
|
||||||
|
})
|
||||||
|
.filter_map(|hr| hr)
|
||||||
|
.min_by(|a, b| a.t.partial_cmp(&b.t).unwrap());
|
||||||
} else {
|
} else {
|
||||||
let r1 = self.intersect_bvh(r, node.left_child, t_min, t_max);
|
let r1 = self.intersect_bvh(r, node.left_child, t_min, t_max);
|
||||||
let r2 = self.intersect_bvh(r, node.left_child + 1, t_min, t_max);
|
let r2 = self.intersect_bvh(r, node.left_child + 1, t_min, t_max);
|
||||||
@ -209,26 +268,8 @@ where
|
|||||||
}
|
}
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
impl<M> Hit for BVHTriangles<M>
|
|
||||||
where
|
|
||||||
M: Material,
|
|
||||||
{
|
|
||||||
fn hit(&self, r: Ray, t_min: f32, t_max: f32) -> Option<HitRecord> {
|
|
||||||
self.intersect_bvh(r, 0, t_min, t_max)
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
fn bounding_box(&self, _t_min: f32, _t_max: f32) -> Option<AABB> {
|
|
||||||
Some(self.bvh_nodes[0].aabb)
|
|
||||||
}
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
struct RayTriangleResult {
|
|
||||||
t: f32,
|
|
||||||
p: Vec3,
|
|
||||||
}
|
|
||||||
///
|
|
||||||
/// Based on https://www.scratchapixel.com/lessons/3d-basic-rendering/ray-tracing-rendering-a-triangle/moller-trumbore-ray-triangle-intersection.html
|
/// Based on https://www.scratchapixel.com/lessons/3d-basic-rendering/ray-tracing-rendering-a-triangle/moller-trumbore-ray-triangle-intersection.html
|
||||||
fn ray_triangle_intersect_moller_trumbore(r: Ray, tri: &Triangle) -> Option<RayTriangleResult> {
|
fn intersect_tri(r: Ray, tri: &Triangle) -> Option<RayTriangleResult> {
|
||||||
// #ifdef MOLLER_TRUMBORE
|
// #ifdef MOLLER_TRUMBORE
|
||||||
// Vec3f v0v1 = v1 - v0;
|
// Vec3f v0v1 = v1 - v0;
|
||||||
// Vec3f v0v2 = v2 - v0;
|
// Vec3f v0v2 = v2 - v0;
|
||||||
@ -262,7 +303,7 @@ fn ray_triangle_intersect_moller_trumbore(r: Ray, tri: &Triangle) -> Option<RayT
|
|||||||
let v0v2 = v2 - v0;
|
let v0v2 = v2 - v0;
|
||||||
let p = cross(r.direction, v0v2);
|
let p = cross(r.direction, v0v2);
|
||||||
let det = dot(v0v1, p);
|
let det = dot(v0v1, p);
|
||||||
if det < EPSILON {
|
if det.abs() < EPSILON {
|
||||||
return None;
|
return None;
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
@ -290,17 +331,97 @@ fn ray_triangle_intersect_moller_trumbore(r: Ray, tri: &Triangle) -> Option<RayT
|
|||||||
None
|
None
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
impl<M> Hit for BVHTriangles<M>
|
||||||
|
where
|
||||||
|
M: Material,
|
||||||
|
{
|
||||||
|
fn hit(&self, r: Ray, t_min: f32, t_max: f32) -> Option<HitRecord> {
|
||||||
|
self.intersect_bvh(r, 0, t_min, t_max)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
fn bounding_box(&self, _t_min: f32, _t_max: f32) -> Option<AABB> {
|
||||||
|
Some(self.bvh_nodes[0].aabb)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
struct RayTriangleResult {
|
||||||
|
t: f32,
|
||||||
|
p: Vec3,
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
#[cfg(test)]
|
#[cfg(test)]
|
||||||
mod tests {
|
mod tests {
|
||||||
|
use super::*;
|
||||||
use crate::{
|
use crate::{
|
||||||
bvh_triangles::BVHTriangles, cuboid::Cuboid, hitable::Hit, material::Dielectric, ray::Ray,
|
bvh_triangles::BVHTriangles,
|
||||||
|
cuboid::Cuboid,
|
||||||
|
hitable::Hit,
|
||||||
|
material::{Dielectric, Lambertian},
|
||||||
|
ray::Ray,
|
||||||
|
texture::ConstantTexture,
|
||||||
};
|
};
|
||||||
|
//use pretty_assertions::assert_eq;
|
||||||
use std::{
|
use std::{
|
||||||
io::{BufReader, Cursor},
|
io::{BufReader, Cursor},
|
||||||
sync::Arc,
|
sync::Arc,
|
||||||
};
|
};
|
||||||
use stl::STL;
|
use stl::STL;
|
||||||
|
|
||||||
|
/*
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn build_bvh() {
|
||||||
|
let stl_triangles: Vec<_> = (0..4)
|
||||||
|
.flat_map(|y| {
|
||||||
|
(0..2).map(move |x| {
|
||||||
|
let x = x as f32;
|
||||||
|
let y = y as f32;
|
||||||
|
stl::Triangle {
|
||||||
|
normal: [1., 0., 0.].into(),
|
||||||
|
verts: [
|
||||||
|
[2. * x + 0., 2. * y + 0., 0.].into(),
|
||||||
|
[2. * x + 1., 2. * y + 0., 0.].into(),
|
||||||
|
[2. * x + 1., 2. * y + 1., 0.].into(),
|
||||||
|
],
|
||||||
|
attr: 0,
|
||||||
|
}
|
||||||
|
})
|
||||||
|
})
|
||||||
|
.collect();
|
||||||
|
let stl = STL {
|
||||||
|
header: [0; 80],
|
||||||
|
triangles: stl_triangles,
|
||||||
|
};
|
||||||
|
/*
|
||||||
|
let mut bvh_triangles: Vec<_> = stl_triangles
|
||||||
|
.iter()
|
||||||
|
.map(|tri| {
|
||||||
|
let div3 = 1. / 3.;
|
||||||
|
let v0 = tri.verts[0];
|
||||||
|
let v1 = tri.verts[1];
|
||||||
|
let v2 = tri.verts[2];
|
||||||
|
let centroid = (v0 + v1 + v2) * div3;
|
||||||
|
Triangle {
|
||||||
|
centroid,
|
||||||
|
verts: tri.verts,
|
||||||
|
}
|
||||||
|
})
|
||||||
|
.collect();
|
||||||
|
bvh_triangles.sort_by(|a, b| a.centroid.y.partial_cmp(&b.centroid.y).unwrap());
|
||||||
|
let material = Lambertian::new(ConstantTexture::new([0., 0., 0.]));
|
||||||
|
let bvh_nodes = Default::default();
|
||||||
|
let want = BVHTriangles {
|
||||||
|
triangles: bvh_triangles,
|
||||||
|
bvh_nodes,
|
||||||
|
material,
|
||||||
|
};
|
||||||
|
*/
|
||||||
|
let material = Lambertian::new(ConstantTexture::new([0., 0., 0.]));
|
||||||
|
let bvh = BVHTriangles::new(&stl, material);
|
||||||
|
dbg!(&bvh);
|
||||||
|
assert_eq!(bvh.bvh_nodes.len(), 2 * bvh.triangles.len() - 2);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
*/
|
||||||
|
|
||||||
#[test]
|
#[test]
|
||||||
fn compare_cuboid() {
|
fn compare_cuboid() {
|
||||||
let c = Cuboid::new(
|
let c = Cuboid::new(
|
||||||
@ -320,7 +441,8 @@ mod tests {
|
|||||||
//Metal::new(Vec3::new(0.8, 0.8, 0.8), 0.2),
|
//Metal::new(Vec3::new(0.8, 0.8, 0.8), 0.2),
|
||||||
//Lambertian::new(ConstantTexture::new(Vec3::new(1.0, 0.2, 0.2))),
|
//Lambertian::new(ConstantTexture::new(Vec3::new(1.0, 0.2, 0.2))),
|
||||||
);
|
);
|
||||||
let rays: Vec<_> = (1..20)
|
//dbg!(&s);
|
||||||
|
let mut rays: Vec<_> = (1..20)
|
||||||
.flat_map(|y| {
|
.flat_map(|y| {
|
||||||
(1..20).flat_map(move |x| {
|
(1..20).flat_map(move |x| {
|
||||||
let x = x as f32;
|
let x = x as f32;
|
||||||
@ -337,27 +459,28 @@ mod tests {
|
|||||||
})
|
})
|
||||||
})
|
})
|
||||||
.collect();
|
.collect();
|
||||||
|
rays.push(Ray::new([10., 10., 10.], [1., 0., 0.], 0.));
|
||||||
|
|
||||||
for (i, r) in rays.into_iter().enumerate() {
|
for r in rays.into_iter() {
|
||||||
let c_hit = c
|
let c_hit = c
|
||||||
.hit(r, 0., f32::MAX)
|
.hit(r, 0., f32::MAX)
|
||||||
.expect(&format!("c_hit missed {i}: {r:?}"));
|
.expect(&format!("c_hit missed {r:#?}"));
|
||||||
let s_hit = s
|
let s_hit = s
|
||||||
.hit(r, 0., f32::MAX)
|
.hit(r, 0., f32::MAX)
|
||||||
.expect(&format!("s_hit missed {i}: {r:?}"));
|
.expect(&format!("s_hit missed {r:#?}"));
|
||||||
assert_eq!(
|
assert_eq!(
|
||||||
c_hit.t, s_hit.t,
|
c_hit.t, s_hit.t,
|
||||||
"{i}: [t] c_hit: {c_hit:?}, s_hit: {s_hit:?}"
|
"{r:?} [t] c_hit: {c_hit:#?}, s_hit: {s_hit:#?}"
|
||||||
);
|
);
|
||||||
// uv isn't valid for BVHTriangles.
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// assert_eq!( c_hit.uv, s_hit.uv, "{i}: [uv] c_hit: {c_hit:?}, s_hit: {s_hit:?}");
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// assert_eq!( c_hit.uv, s_hit.uv, "{i}: [uv] c_hit: {c_hit:?}, s_hit: {s_hit:?}");
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assert_eq!(
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assert_eq!(
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c_hit.p, s_hit.p,
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c_hit.p, s_hit.p,
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"{i}: [p] c_hit: {c_hit:?}, s_hit: {s_hit:?}"
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"{r:?}: [p] c_hit: {c_hit:?}, s_hit: {s_hit:?}"
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);
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assert_eq!(
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assert_eq!(
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c_hit.normal, s_hit.normal,
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"{i}: [normal] c_hit: {c_hit:?}, s_hit: {s_hit:?}"
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"{r:?}: [normal] c_hit: {c_hit:?}, s_hit: {s_hit:?}"
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);
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);
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}
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