大纲

只包含 Rendering 相关的部分，几何造型不感兴趣所以没做（不是懒

大部分注释都是用英文写的——因为感觉写英文注释更顺手一点，因为这个课程本身就是 UC Santa Barbara 的 CS180/CS280* 直接平移过来的。

*Fun Fact: UC Berkeley 教的也其实差不多，一些课件的内容甚至是 literally 地完全一致233（如果你感兴趣，伯克利的那个课程的编号是 CS 184/284A，也很值得一看。

Note

GAMES101 的课程作业在对应标题内容的下一节课放出，并且在下一节课通常会有重要知识补充。

例如 hw3 需要的法线计算实际上是在 Lecture 10 Geometry 1 (Introduction) 的前半部分介绍的，而不是在 Lecture 09 Shading 3 (Texture Mapping Cont.) 的部分。

• hw1：旋转矩阵和透视投影矩阵。

  • Lecture 01 Overview of Computer Graphics
  • Lecture 02 Review of Linear Algebra
  • Lecture 03 Transformation
  • Lecture 04 Transformation Cont.

• hw2：光栅化和 Z-Buffer 算法。

  • Lecture 05 Rasterization 1 (Triangles)
  • Lecture 06 Rasterization 2 (Antialiasing and Z-Buffering)

• hw3：图形流水线、着色器、纹理映射、局部光照模型（Blinn-Phong）等

  • Lecture 07 Shading 1 (Illumination, Shading and Graphics Pipeline)
  • Lecture 08 Shading 2 (Shading, Pipeline and Texture Mapping)
  • Lecture 09 Shading 3 (Texture Mapping Cont.)

• hw5：递归式光线追踪 - 光线方程 $r(t) = \vec{o} + t \vec{d}$、成像平面上各像素的光线、光线-三角形求交（Ray-Tri intersection） （Moller-Trumbore 算法）

  • Lecture 13 Ray Tracing 1

• hw6：光线追踪加速结构 - 光线-包围盒求交（Ray-Box intersection）、层次包围盒（BVH）遍历

  • Lecture 14 Ray Tracing 2

• hw7：路径追踪（Path Tracing）

  • Lecture 15 Ray Tracing 3
  • Lecture 16 Ray Tracing 4
  • Lecture 17 Materials and Appearances
  • Lecture 18 Advanced Topics in Rendering

...... The Rendering Equation is:

$$ L_o(\mathbf{x}, \omega_o) = L_e(\mathbf{x}, \omega_o) + \int_{\Omega} f_r(\mathbf{x}, \omega_i, \omega_o) L_i(\mathbf{x}, \omega_i) \cos\theta_i d\omega_i $$

摘自 James T. Kajiya 发表于 SIGGRAPH 1986 的论文《The Rendering Equation》，符号形式有调整。 “名字越短，事情越大。”——Lingqi Yan

路径追踪直接光照（Path Traced Direct Illumination）

当代 3A 游戏光线追踪阴影（Ray Traced Shadows）的实现方式。

1 spp	16 spp	128 spp

路径追踪全局光照（Path Traced Global Illumination）

模拟世界。

如今它已开始在各大游戏普及（例如《半条命 2: RTX》、《赛博朋克 2077》以及《生化危机 9：安魂曲》等）。

1 spp	16 spp	128 spp

构建

Windows 11 (x86-64)

你需要安装：

• Windows Subsystem for Linux 2 (WSL 2)
  • 🐧安装一个 Linux 发行版（Arch Linux, Ubuntu, etc.）
• JetBrains CLion

接着，在 Linux 下安装必要的 C++ 开发工具（CMake, 编译器等）：

sudo apt install build-essential
unzip cmake

安装 GAMES101 所需的 OpenCV 计算机视觉库和 Eigen 向量数学库：

sudo apt install libeigen3-dev libopencv-dev

在 CLion 里进行如下配置：

macOS (aarch64)

和 Linux 那边的步骤差不多（OpenCV, Eigen），并且在 CLion 里不需要额外配置工具链，只是 CMakeList.txt 需要改（可以交给 LLM 完成）。

Note

Path Tracing 由于只是粗略地引入了多线程并行加速，macOS 上可能无法直接正常运行（大概率遇到进度条鬼畜之类的问题），所以可能暂时需要把 Renderer.cpp 渲染循环附近的 #pragma omp parallel for schedule(dynamic, 1) 以及 #pragma omp critical 的部分删除，这会牺牲一些性能。布朗尼正在努力修复这个问题。

如果实在是想要直接运行，请确保你已安装 LLVM 框架（brew install llvm）并按如下命令生成构建文件：

cmake .. \
  -DCMAKE_C_COMPILER=/opt/homebrew/opt/llvm/bin/clang \
  -DCMAKE_CXX_COMPILER=/opt/homebrew/opt/llvm/bin/clang++

碎碎念

GAMES101 是最好的中文图形学课程，不接受反驳。学习这门课程可以对图形学（尤其是闫老师的课很注重 Rendering 这块）在做什么有个自上而下的基础认知，不像国内很多图形学课从盘古开天辟地给你讲理论，结果到最后什么都不懂。

闫老师的授课给人一种亲切和有趣感，这种拉近听众与学科之间距离是很多课程难以做到的（当然也有图形学本身就散发魅力的原因）。由于图形学的确有难度，有趣和好玩的体验其实蛮重要的。

做这些作业是真的挺有必要的（因为学的是计算机图形学，怎么能少得了代码实现？）。不过有人会说：“助教框架都写好了，学生基本上就是在实现一些接口，学到了什么？” 此言差矣！ 你要知道现在的历史情境下，图形学造轮子比以前还更没用了（工业界在近几十年积累了大量优秀的成品，现在更是 LLM 飞速发展）。只有高效地掌握核心思想的人才能达成最好的学习。

同时笔者还认为，这种规模的作业正适合以前从未接触过正经 C++ 项目的大一大二学生拿来作为基本的工具链入门。

虽然笔者在两年多以前就接触到了这个神课，并且刷了不止一遍。但是作业还真没认真做过，由于之前上高中并没有时间配环境和写代码，现在得赶紧补上了（（（