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TypeScript/RayTracerExample/example.js
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var Vector = /** @class */ (function () {
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function Vector(x, y, z) {
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this.x = x;
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this.y = y;
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this.z = z;
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}
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Vector.times = function (k, v) {
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return new Vector(k * v.x, k * v.y, k * v.z);
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};
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Vector.minus = function (v1, v2) {
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return new Vector(v1.x - v2.x, v1.y - v2.y, v1.z - v2.z);
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||||||
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};
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Vector.plus = function (v1, v2) {
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return new Vector(v1.x + v2.x, v1.y + v2.y, v1.z + v2.z);
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};
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Vector.dot = function (v1, v2) {
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return v1.x * v2.x + v1.y * v2.y + v1.z * v2.z;
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};
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Vector.mag = function (v) {
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return Math.sqrt(v.x * v.x + v.y * v.y + v.z * v.z);
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};
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Vector.norm = function (v) {
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var mag = Vector.mag(v);
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var div = (mag === 0) ? Infinity : 1.0 / mag;
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return Vector.times(div, v);
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};
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Vector.cross = function (v1, v2) {
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return new Vector(v1.y * v2.z - v1.z * v2.y, v1.z * v2.x - v1.x * v2.z, v1.x * v2.y - v1.y * v2.x);
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};
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return Vector;
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}());
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var Color = /** @class */ (function () {
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function Color(r, g, b) {
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this.r = r;
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this.g = g;
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this.b = b;
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}
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Color.scale = function (k, v) {
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return new Color(k * v.r, k * v.g, k * v.b);
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};
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Color.plus = function (v1, v2) {
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return new Color(v1.r + v2.r, v1.g + v2.g, v1.b + v2.b);
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};
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Color.times = function (v1, v2) {
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return new Color(v1.r * v2.r, v1.g * v2.g, v1.b * v2.b);
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||||||
|
};
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Color.toDrawingColor = function (c) {
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var legalize = function (d) { return d > 1 ? 1 : d; };
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return {
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r: Math.floor(legalize(c.r) * 255),
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g: Math.floor(legalize(c.g) * 255),
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|
b: Math.floor(legalize(c.b) * 255)
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};
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};
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Color.white = new Color(1.0, 1.0, 1.0);
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Color.grey = new Color(0.5, 0.5, 0.5);
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Color.black = new Color(0.0, 0.0, 0.0);
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Color.background = Color.black;
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Color.defaultColor = Color.black;
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return Color;
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}());
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var Camera = /** @class */ (function () {
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function Camera(pos, lookAt) {
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this.pos = pos;
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var down = new Vector(0.0, -1.0, 0.0);
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this.forward = Vector.norm(Vector.minus(lookAt, this.pos));
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this.right = Vector.times(1.5, Vector.norm(Vector.cross(this.forward, down)));
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this.up = Vector.times(1.5, Vector.norm(Vector.cross(this.forward, this.right)));
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}
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return Camera;
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}());
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var Sphere = /** @class */ (function () {
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function Sphere(center, radius, surface) {
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this.center = center;
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|
this.surface = surface;
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this.radius2 = radius * radius;
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}
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Sphere.prototype.normal = function (pos) {
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return Vector.norm(Vector.minus(pos, this.center));
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};
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Sphere.prototype.intersect = function (ray) {
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var eo = Vector.minus(this.center, ray.start);
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var v = Vector.dot(eo, ray.dir);
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var dist = 0;
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if (v >= 0) {
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var disc = this.radius2 - (Vector.dot(eo, eo) - v * v);
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if (disc >= 0) {
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dist = v - Math.sqrt(disc);
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}
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}
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if (dist === 0) {
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return null;
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}
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else {
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return { thing: this, ray: ray, dist: dist };
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}
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};
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return Sphere;
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}());
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var Plane = /** @class */ (function () {
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function Plane(norm, offset, surface) {
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this.surface = surface;
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this.normal = function (pos) { return norm; };
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this.intersect = function (ray) {
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var denom = Vector.dot(norm, ray.dir);
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if (denom > 0) {
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return null;
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}
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else {
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var dist = (Vector.dot(norm, ray.start) + offset) / (-denom);
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return { thing: this, ray: ray, dist: dist };
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}
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};
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}
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return Plane;
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}());
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var Surfaces;
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(function (Surfaces) {
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Surfaces.shiny = {
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diffuse: function (pos) { return Color.white; },
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|
specular: function (pos) { return Color.grey; },
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reflect: function (pos) { return 0.7; },
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roughness: 250
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};
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|
Surfaces.checkerboard = {
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|
diffuse: function (pos) {
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if ((Math.floor(pos.z) + Math.floor(pos.x)) % 2 !== 0) {
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return Color.white;
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}
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else {
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return Color.black;
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|
}
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},
|
||||||
|
specular: function (pos) { return Color.white; },
|
||||||
|
reflect: function (pos) {
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||||||
|
if ((Math.floor(pos.z) + Math.floor(pos.x)) % 2 !== 0) {
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|
return 0.1;
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|
}
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|
else {
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|
return 0.7;
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|
}
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},
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|
roughness: 150
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};
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})(Surfaces || (Surfaces = {}));
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var RayTracer = /** @class */ (function () {
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function RayTracer() {
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this.maxDepth = 5;
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}
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RayTracer.prototype.intersections = function (ray, scene) {
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var closest = +Infinity;
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var closestInter = undefined;
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for (var i in scene.things) {
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var inter = scene.things[i].intersect(ray);
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if (inter != null && inter.dist < closest) {
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closestInter = inter;
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closest = inter.dist;
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}
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}
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return closestInter;
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};
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RayTracer.prototype.testRay = function (ray, scene) {
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var isect = this.intersections(ray, scene);
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if (isect != null) {
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return isect.dist;
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}
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else {
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return undefined;
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}
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};
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RayTracer.prototype.traceRay = function (ray, scene, depth) {
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var isect = this.intersections(ray, scene);
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if (isect === undefined) {
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return Color.background;
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}
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else {
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return this.shade(isect, scene, depth);
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}
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};
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RayTracer.prototype.shade = function (isect, scene, depth) {
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var d = isect.ray.dir;
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var pos = Vector.plus(Vector.times(isect.dist, d), isect.ray.start);
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var normal = isect.thing.normal(pos);
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|
var reflectDir = Vector.minus(d, Vector.times(2, Vector.times(Vector.dot(normal, d), normal)));
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|
var naturalColor = Color.plus(Color.background, this.getNaturalColor(isect.thing, pos, normal, reflectDir, scene));
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|
var reflectedColor = (depth >= this.maxDepth) ? Color.grey : this.getReflectionColor(isect.thing, pos, normal, reflectDir, scene, depth);
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return Color.plus(naturalColor, reflectedColor);
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};
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RayTracer.prototype.getReflectionColor = function (thing, pos, normal, rd, scene, depth) {
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return Color.scale(thing.surface.reflect(pos), this.traceRay({ start: pos, dir: rd }, scene, depth + 1));
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};
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RayTracer.prototype.getNaturalColor = function (thing, pos, norm, rd, scene) {
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var _this = this;
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var addLight = function (col, light) {
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var ldis = Vector.minus(light.pos, pos);
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var livec = Vector.norm(ldis);
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|
var neatIsect = _this.testRay({ start: pos, dir: livec }, scene);
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var isInShadow = (neatIsect === undefined) ? false : (neatIsect <= Vector.mag(ldis));
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if (isInShadow) {
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return col;
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}
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else {
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var illum = Vector.dot(livec, norm);
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|
var lcolor = (illum > 0) ? Color.scale(illum, light.color)
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|
: Color.defaultColor;
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|
var specular = Vector.dot(livec, Vector.norm(rd));
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|
var scolor = (specular > 0) ? Color.scale(Math.pow(specular, thing.surface.roughness), light.color)
|
||||||
|
: Color.defaultColor;
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|
return Color.plus(col, Color.plus(Color.times(thing.surface.diffuse(pos), lcolor), Color.times(thing.surface.specular(pos), scolor)));
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}
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};
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|
return scene.lights.reduce(addLight, Color.defaultColor);
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};
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RayTracer.prototype.render = function (scene, ctx, screenWidth, screenHeight) {
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var getPoint = function (x, y, camera) {
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|
var recenterX = function (x) { return (x - (screenWidth / 2.0)) / 2.0 / screenWidth; };
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||||||
|
var recenterY = function (y) { return -(y - (screenHeight / 2.0)) / 2.0 / screenHeight; };
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|
return Vector.norm(Vector.plus(camera.forward, Vector.plus(Vector.times(recenterX(x), camera.right), Vector.times(recenterY(y), camera.up))));
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};
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|
for (var y = 0; y < screenHeight; y++) {
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|
for (var x = 0; x < screenWidth; x++) {
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|
var color = this.traceRay({ start: scene.camera.pos, dir: getPoint(x, y, scene.camera) }, scene, 0);
|
||||||
|
var c = Color.toDrawingColor(color);
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|
ctx.fillStyle = "rgb(" + String(c.r) + ", " + String(c.g) + ", " + String(c.b) + ")";
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ctx.fillRect(x, y, x + 1, y + 1);
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|
}
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}
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};
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return RayTracer;
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}());
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function defaultScene() {
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return {
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|
things: [new Plane(new Vector(0.0, 1.0, 0.0), 0.0, Surfaces.checkerboard),
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|
new Sphere(new Vector(0.0, 1.0, -0.25), 1.0, Surfaces.shiny),
|
||||||
|
new Sphere(new Vector(-1.0, 0.5, 1.5), 0.5, Surfaces.shiny)],
|
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|
lights: [{ pos: new Vector(-2.0, 2.5, 0.0), color: new Color(0.49, 0.07, 0.07) },
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||||||
|
{ pos: new Vector(1.5, 2.5, 1.5), color: new Color(0.07, 0.07, 0.49) },
|
||||||
|
{ pos: new Vector(1.5, 2.5, -1.5), color: new Color(0.07, 0.49, 0.071) },
|
||||||
|
{ pos: new Vector(0.0, 3.5, 0.0), color: new Color(0.21, 0.21, 0.35) }],
|
||||||
|
camera: new Camera(new Vector(3.0, 2.0, 4.0), new Vector(-1.0, 0.5, 0.0))
|
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|
};
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|
}
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function exec() {
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|
var canv = document.createElement("canvas");
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canv.width = 1000;
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|
canv.height = 1000;
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|
document.body.appendChild(canv);
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|
var ctx = canv.getContext("2d");
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|
var rayTracer = new RayTracer();
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|
return rayTracer.render(defaultScene(), ctx, 1000, 1000);
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|
}
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|
exec();
|
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307
TypeScript/RayTracerExample/example.ts
Normal file
307
TypeScript/RayTracerExample/example.ts
Normal file
@@ -0,0 +1,307 @@
|
|||||||
|
class Vector {
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|
constructor(public x: number, public y: number, public z: number) { }
|
||||||
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|
static times(k: number, v: Vector) {
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||||||
|
return new Vector(k * v.x, k * v.y, k * v.z);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
static minus(v1: Vector, v2: Vector) {
|
||||||
|
return new Vector(v1.x - v2.x, v1.y - v2.y, v1.z - v2.z);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
static plus(v1: Vector, v2: Vector) {
|
||||||
|
return new Vector(v1.x + v2.x, v1.y + v2.y, v1.z + v2.z);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
static dot(v1: Vector, v2: Vector) {
|
||||||
|
return v1.x * v2.x + v1.y * v2.y + v1.z * v2.z;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
static mag(v: Vector) {
|
||||||
|
return Math.sqrt(v.x * v.x + v.y * v.y + v.z * v.z);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
static norm(v: Vector) {
|
||||||
|
let mag = Vector.mag(v);
|
||||||
|
let div = (mag === 0) ? Infinity : 1.0 / mag;
|
||||||
|
return Vector.times(div, v);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
static cross(v1: Vector, v2: Vector) {
|
||||||
|
return new Vector(v1.y * v2.z - v1.z * v2.y,
|
||||||
|
v1.z * v2.x - v1.x * v2.z,
|
||||||
|
v1.x * v2.y - v1.y * v2.x);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
class Color {
|
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|
constructor(public r: number, public g: number, public b: number) { }
|
||||||
|
|
||||||
|
static scale(k: number, v: Color) {
|
||||||
|
return new Color(k * v.r, k * v.g, k * v.b);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
static plus(v1: Color, v2: Color) {
|
||||||
|
return new Color(v1.r + v2.r, v1.g + v2.g, v1.b + v2.b);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
static times(v1: Color, v2: Color) {
|
||||||
|
return new Color(v1.r * v2.r, v1.g * v2.g, v1.b * v2.b);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
static white = new Color(1.0, 1.0, 1.0);
|
||||||
|
static grey = new Color(0.5, 0.5, 0.5);
|
||||||
|
static black = new Color(0.0, 0.0, 0.0);
|
||||||
|
static background = Color.black;
|
||||||
|
static defaultColor = Color.black;
|
||||||
|
|
||||||
|
static toDrawingColor(c: Color) {
|
||||||
|
let legalize = d => d > 1 ? 1 : d;
|
||||||
|
return {
|
||||||
|
r: Math.floor(legalize(c.r) * 255),
|
||||||
|
g: Math.floor(legalize(c.g) * 255),
|
||||||
|
b: Math.floor(legalize(c.b) * 255)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
class Camera {
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|
forward: Vector;
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|
right: Vector;
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|
up: Vector;
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|
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||||||
|
constructor(public pos: Vector, lookAt: Vector) {
|
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|
let down = new Vector(0.0, -1.0, 0.0);
|
||||||
|
this.forward = Vector.norm(Vector.minus(lookAt, this.pos));
|
||||||
|
this.right = Vector.times(1.5, Vector.norm(Vector.cross(this.forward, down)));
|
||||||
|
this.up = Vector.times(1.5, Vector.norm(Vector.cross(this.forward, this.right)));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
interface Ray {
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|
start: Vector;
|
||||||
|
dir: Vector;
|
||||||
|
}
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||||||
|
|
||||||
|
interface Intersection {
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||||||
|
thing: Thing;
|
||||||
|
ray: Ray;
|
||||||
|
dist: number;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
interface Surface {
|
||||||
|
diffuse: (pos: Vector) => Color;
|
||||||
|
specular: (pos: Vector) => Color;
|
||||||
|
reflect: (pos: Vector) => number;
|
||||||
|
roughness: number;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
interface Thing {
|
||||||
|
intersect: (ray: Ray) => Intersection;
|
||||||
|
normal: (pos: Vector) => Vector;
|
||||||
|
surface: Surface;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
interface Light {
|
||||||
|
pos: Vector;
|
||||||
|
color: Color;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
interface Scene {
|
||||||
|
things: Thing[];
|
||||||
|
lights: Light[];
|
||||||
|
camera: Camera;
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}
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class Sphere implements Thing {
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radius2: number;
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constructor(public center: Vector, radius: number, public surface: Surface) {
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|
this.radius2 = radius * radius;
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}
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normal(pos: Vector): Vector {
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return Vector.norm(Vector.minus(pos, this.center));
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}
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intersect(ray: Ray) {
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let eo = Vector.minus(this.center, ray.start);
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let v = Vector.dot(eo, ray.dir);
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let dist = 0;
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if (v >= 0) {
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let disc = this.radius2 - (Vector.dot(eo, eo) - v * v);
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if (disc >= 0) {
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|
dist = v - Math.sqrt(disc);
|
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}
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}
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if (dist === 0) {
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return null;
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} else {
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return { thing: this, ray: ray, dist: dist };
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}
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}
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}
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class Plane implements Thing {
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normal: (pos: Vector) => Vector;
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intersect: (ray: Ray) => Intersection;
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|
constructor(norm: Vector, offset: number, public surface: Surface) {
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|
this.normal = function(pos: Vector) { return norm; }
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|
this.intersect = function(ray: Ray): Intersection {
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let denom = Vector.dot(norm, ray.dir);
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if (denom > 0) {
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return null;
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|
} else {
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let dist = (Vector.dot(norm, ray.start) + offset) / (-denom);
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return { thing: this, ray: ray, dist: dist };
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}
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}
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}
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}
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namespace Surfaces {
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export let shiny: Surface = {
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diffuse: function(pos) { return Color.white; },
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|
specular: function(pos) { return Color.grey; },
|
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|
reflect: function(pos) { return 0.7; },
|
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|
roughness: 250
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|
}
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|
export let checkerboard: Surface = {
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|
diffuse: function(pos) {
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|
if ((Math.floor(pos.z) + Math.floor(pos.x)) % 2 !== 0) {
|
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|
return Color.white;
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|
} else {
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|
return Color.black;
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|
}
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|
},
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||||||
|
|
||||||
|
specular: function(pos) { return Color.white; },
|
||||||
|
reflect: function(pos) {
|
||||||
|
if ((Math.floor(pos.z) + Math.floor(pos.x)) % 2 !== 0) {
|
||||||
|
return 0.1;
|
||||||
|
} else {
|
||||||
|
return 0.7;
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|
}
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|
},
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|
roughness: 150
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|
}
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}
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|
class RayTracer {
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private maxDepth = 5;
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private intersections(ray: Ray, scene: Scene) {
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let closest = +Infinity;
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let closestInter: Intersection = undefined;
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|
for (let i in scene.things) {
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|
let inter = scene.things[i].intersect(ray);
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|
if (inter != null && inter.dist < closest) {
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closestInter = inter;
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|
closest = inter.dist;
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}
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}
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|
return closestInter;
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|
}
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|
private testRay(ray: Ray, scene: Scene) {
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|
let isect = this.intersections(ray, scene);
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|
if (isect != null) {
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|
return isect.dist;
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|
} else {
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|
return undefined;
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|
}
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|
}
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|
private traceRay(ray: Ray, scene: Scene, depth: number): Color {
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let isect = this.intersections(ray, scene);
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||||||
|
if (isect === undefined) {
|
||||||
|
return Color.background;
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|
} else {
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return this.shade(isect, scene, depth);
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}
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}
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|
private shade(isect: Intersection, scene: Scene, depth: number) {
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|
let d = isect.ray.dir;
|
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|
let pos = Vector.plus(Vector.times(isect.dist, d), isect.ray.start);
|
||||||
|
let normal = isect.thing.normal(pos);
|
||||||
|
let reflectDir = Vector.minus(d, Vector.times(2, Vector.times(Vector.dot(normal, d), normal)));
|
||||||
|
let naturalColor = Color.plus(Color.background,
|
||||||
|
this.getNaturalColor(isect.thing, pos, normal, reflectDir, scene));
|
||||||
|
let reflectedColor = (depth >= this.maxDepth) ? Color.grey : this.getReflectionColor(isect.thing, pos, normal, reflectDir, scene, depth);
|
||||||
|
return Color.plus(naturalColor, reflectedColor);
|
||||||
|
}
|
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|
|
||||||
|
private getReflectionColor(thing: Thing, pos: Vector, normal: Vector, rd: Vector, scene: Scene, depth: number) {
|
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|
return Color.scale(thing.surface.reflect(pos), this.traceRay({ start: pos, dir: rd }, scene, depth + 1));
|
||||||
|
}
|
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|
|
||||||
|
private getNaturalColor(thing: Thing, pos: Vector, norm: Vector, rd: Vector, scene: Scene) {
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|
let addLight = (col, light) => {
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|
let ldis = Vector.minus(light.pos, pos);
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|
let livec = Vector.norm(ldis);
|
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|
let neatIsect = this.testRay({ start: pos, dir: livec }, scene);
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|
let isInShadow = (neatIsect === undefined) ? false : (neatIsect <= Vector.mag(ldis));
|
||||||
|
if (isInShadow) {
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return col;
|
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|
} else {
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|
let illum = Vector.dot(livec, norm);
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|
let lcolor = (illum > 0) ? Color.scale(illum, light.color)
|
||||||
|
: Color.defaultColor;
|
||||||
|
let specular = Vector.dot(livec, Vector.norm(rd));
|
||||||
|
let scolor = (specular > 0) ? Color.scale(Math.pow(specular, thing.surface.roughness), light.color)
|
||||||
|
: Color.defaultColor;
|
||||||
|
return Color.plus(col, Color.plus(Color.times(thing.surface.diffuse(pos), lcolor),
|
||||||
|
Color.times(thing.surface.specular(pos), scolor)));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
return scene.lights.reduce(addLight, Color.defaultColor);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
render(scene, ctx, screenWidth, screenHeight) {
|
||||||
|
let getPoint = (x, y, camera) => {
|
||||||
|
let recenterX = x => (x - (screenWidth / 2.0)) / 2.0 / screenWidth;
|
||||||
|
let recenterY = y => -(y - (screenHeight / 2.0)) / 2.0 / screenHeight;
|
||||||
|
return Vector.norm(Vector.plus(camera.forward, Vector.plus(Vector.times(recenterX(x), camera.right), Vector.times(recenterY(y), camera.up))));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
for (let y = 0; y < screenHeight; y++) {
|
||||||
|
for (let x = 0; x < screenWidth; x++) {
|
||||||
|
let color = this.traceRay({ start: scene.camera.pos, dir: getPoint(x, y, scene.camera) }, scene, 0);
|
||||||
|
let c = Color.toDrawingColor(color);
|
||||||
|
ctx.fillStyle = "rgb(" + String(c.r) + ", " + String(c.g) + ", " + String(c.b) + ")";
|
||||||
|
ctx.fillRect(x, y, x + 1, y + 1);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
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||||||
|
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||||||
|
function defaultScene(): Scene {
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|
return {
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||||||
|
things: [new Plane(new Vector(0.0, 1.0, 0.0), 0.0, Surfaces.checkerboard),
|
||||||
|
new Sphere(new Vector(0.0, 1.0, -0.25), 1.0, Surfaces.shiny),
|
||||||
|
new Sphere(new Vector(-1.0, 0.5, 1.5), 0.5, Surfaces.shiny)],
|
||||||
|
lights: [{ pos: new Vector(-2.0, 2.5, 0.0), color: new Color(0.49, 0.07, 0.07) },
|
||||||
|
{ pos: new Vector(1.5, 2.5, 1.5), color: new Color(0.07, 0.07, 0.49) },
|
||||||
|
{ pos: new Vector(1.5, 2.5, -1.5), color: new Color(0.07, 0.49, 0.071) },
|
||||||
|
{ pos: new Vector(0.0, 3.5, 0.0), color: new Color(0.21, 0.21, 0.35) }],
|
||||||
|
camera: new Camera(new Vector(3.0, 2.0, 4.0), new Vector(-1.0, 0.5, 0.0))
|
||||||
|
};
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
function exec() {
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||||||
|
let canv = document.createElement("canvas");
|
||||||
|
canv.width = 1000;
|
||||||
|
canv.height = 1000;
|
||||||
|
document.body.appendChild(canv);
|
||||||
|
let ctx = canv.getContext("2d");
|
||||||
|
let rayTracer = new RayTracer();
|
||||||
|
return rayTracer.render(defaultScene(), ctx, 1000, 1000);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
exec();
|
||||||
13
TypeScript/RayTracerExample/index.html
Normal file
13
TypeScript/RayTracerExample/index.html
Normal file
@@ -0,0 +1,13 @@
|
|||||||
|
<!DOCTYPE html>
|
||||||
|
<html lang="en">
|
||||||
|
<head>
|
||||||
|
<meta charset="UTF-8">
|
||||||
|
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
|
||||||
|
<meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="ie=edge">
|
||||||
|
<title>RayTracer</title>
|
||||||
|
</head>
|
||||||
|
<body>
|
||||||
|
<script src="./example.js"></script>
|
||||||
|
</body>
|
||||||
|
</html>
|
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