GLSL Raymarching

Raymarching 是一种基于光线照射场景的技术，通过反复跟踪场景中的光线并计算它们与物体交互的方式来渲染 3D 场景。GLSL 是 OpenGL Shader Language 的缩写，它是一种基于 C 语言语法的着色器编程语言，用于编写 OpenGL 和 Vulkan 程序的着色器。在这个介绍中，我们将使用 GLSL Raymarching 技术来创建一个简单的 3D 场景。

光线跟踪

光线跟踪（Ray Tracing）是一种广泛应用于计算机图形学中的渲染技术。Ray Tracing 工作方式是发出一条光线并判断它是否与场景中的物体相交。如果相交，则通过计算光线与物体的交点、反射、透明度等属性来确定该像素应该显示的颜色值。

Raymarching 的工作原理

Raymarching 是 Ray Tracing 技术的一种改良。与 Ray Tracing 使用光线跟踪的方式不同，Raymarching 使用一条射线按照设定间隔采样空间，并计算在其路径中所有可能的物体与射线相交的距离。这样可以近似得到射线可能与哪些物体相交，并在其中找到最接近射线起点的物体，从而优化计算效率。可以使用 Raymarching 技术模拟出许多各种不同的视觉效果，例如体积渲染、真实物体反演、3D 纹理等。

GLSL Raymarching 技术

GLSL Raymarching 技术是一种基于 GLSL 着色器的 Raymarching 技术，可以用于在 OpenGL 程序中创建 3D 场景。与传统 OpenGL 渲染方法相比，GLSL Raymarching 技术可显著提高渲染场景的效率和质量。在实现 GLSL Raymarching 技术时，您可以使用多个着色器程序来完成不同的渲染任务。

代码示例

下面是一个基于 GLSL Raymarching 技术的着色器代码示例：

vec3 raymarch(vec3 origin, vec3 direction) {
  float dist = 0.0;
  const float maxDist = 100.0;
  
  for (int i = 0; i < 100; ++i) {
    vec3 pos = origin + direction * dist;   // 沿光线路径前进
    float d = scene(pos);                   // 计算场景中最接近光线的物体距离
    dist += d;                              // 更新距离
    if (d < 0.001 || dist >= maxDist) {      // 判断是否到达物体或超出范围
      break;
    }
  }
  
  if (dist >= maxDist) {                     // 如果超出范围，返回背景颜色
    return vec3(0.0);
  }
  
  vec3 pos = origin + direction * dist;     // 计算最近物体表面上的点坐标
  vec3 normal = calcNormal(pos);            // 计算该点的法线
  return lighting(pos, normal);             // 计算并返回颜色光照值
}

在这个代码示例中，我们定义了一个 raymarch 函数，它接受一个起点和一个方向向量。该函数沿着方向向量跟踪场景中的光线并计算它们与场景中的物体相交。在这段代码中，我们通过遍历场景空间来计算距离。对于场景中的每个点，我们计算该点到最近的物体的距离，并计算光线路径的总距离。这样一来，我们就能跟踪相交点，计算最近的物体表面上某个点的颜色和光照值。

总结

GLSL Raymarching 技术是一种基于 GLSL 着色器的 Raymarching 技术，它可以用于在 OpenGL 程序中创建 3D 场景。通过使用 GLSL Raymarching 技术，您可以创建出各种各样的视觉效果，例如体积渲染、真实物体反演、3D 纹理等。如果您希望了解更多关于 Raymarching 和 GLSL 的知识，请您查看 ShaderToy 上的示例代码。