CUDA Ray Tracer

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一个基于 CUDA/C++ 的光线追踪器，支持 Blinn-Phong 光照、蒙特卡洛路径追踪、BVH 加速，以及用于 Phong + 单采样 的主光线排序路径。

功能特性

• Blinn-Phong 光照：支持环境光、漫反射、镜面反射和多光源
• 路径追踪：支持俄罗斯轮盘赌终止的蒙特卡洛全局光照
• BVH 加速：为球体求交提供更快的层次包围盒加速
• 光线排序：按命中物体 ID 对主光线排序，降低 Phong + 单采样 模式下的 warp 分歧
• 色调映射：运行时输出使用 Reinhard；代码和测试中保留 ACES helper
• 多个场景：demo、cornell、random
• 测试：覆盖数学、场景构造、排序和辅助逻辑的单元/属性测试

环境要求

• CUDA Toolkit 11.0+
• CMake 3.18+
• C++17 编译器
• Compute Capability 7.5+ 的 NVIDIA GPU

构建

cmake -S . -B build -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release
cmake --build build -j$(nproc)

运行

# 渲染示例
build/bin/ray_tracer -w 800 -h 600 -s 1 --scene demo -o output.ppm
build/bin/ray_tracer -w 640 -h 480 -s 16 -d 5 -p --scene cornell -o cornell.ppm

# 光线排序只适用于 Phong + 单采样
build/bin/ray_tracer --scene demo --sort -w 640 -h 480 -s 1 -o sorted.ppm

命令行参数

参数	说明	默认值
-w / -h	图像宽度/高度	800 / 600
-s	每像素采样数	1
-d	最大光线深度，必须 > 0	5
-p	启用路径追踪	关闭
--scene	场景名（demo / cornell / random）	demo
--sort	启用光线排序，仅支持 Phong + 单采样	关闭
-o	输出 PPM 文件路径	output.ppm

测试

cd build
ctest --output-on-failure

测试二进制位于 build/bin/ 下。

CI 说明

当前 GitHub Actions 会验证：

• 配置与编译
• 基于仓库内 .clang-format 的格式检查

由于 GitHub 托管 runner 不提供 CUDA 设备，GPU 测试不会在该 CI 中执行。请在有 CUDA GPU 的机器上构建后运行 ctest --output-on-failure。

项目结构

├── include/            # 头文件（vec3、ray、camera、geometry、material、BVH 等）
├── src/                # 主入口和场景定义
├── tests/
│   ├── unit/           # 单元测试
│   └── property/       # 属性测试
├── .github/workflows/
├── CMakeLists.txt
└── README.md

说明

• 路径追踪不再把普通材质的 ambient 当作自发光。
• 场景工厂函数每次调用都会重置 SceneBuilder 和输出球体数组，可安全复用。
• Renderer 会分别报告纯渲染时间和可选的排序分析时间。

License

MIT License