编写自编光学跟踪程序需要涵盖几个关键部分,包括自定义组件、算法的主循环以及光线追踪及着色。以下是一个简化的示例,展示如何使用ANSI Common Lisp编写一个基本的光线跟踪程序。这个示例包括创建图形窗口、定义点、计算距离和实现光线追踪的基本步骤。
```lisp
(defun sq (x) (* x x))
(defun mag (x y z) (sqrt (+ (sq x) (sq y) (sq z))))
(defun unit-vector (x y z) (let ((d (mag x y z))) (values (/ x d) (/ y d) (/ z d))))
(defstruct point (:conc-name nil) x y z)
(defun distance (p1 p2) (mag (- (x p1) (x p2)) (- (y p1) (y p2)) (- (z p1) (z p2))))
(defun minroot (a b c) (if (zerop a) (/ (- c) b) (let ((disc (- (sq b) (* 4 a c)))) (unless (minusp disc) (let ((discrt (sqrt disc))) (min b) discrt) (* 2 a)b) discrt) (* 2 a)b)))
(defstruct surface color)
(defparameter *world* nil)
(defconstant eye (make-point :x 0 :y 0 :z 200))
(defun tracer (pathname &optional (res 1))
(let ((width (or res 800))
(height (or res 600))
(canvas (make-array (* width height 3) :element-type 'float)))
(setf *world* (list (make-point :x 0 :y 0 :z 0)))
(draw-scene canvas)
(save-image pathname :width width :height height :format "pgm")
(format t "Saved image to ~a~%" pathname)))
(defun draw-scene (canvas)
(let ((light (make-point :x 10 :y 10 :z 10)))
(dolist (object *world*)
(let ((p (point-coordinates object))
(c (surface-color)))
(draw-object p c canvas)))
(draw-light light canvas)))
(defun draw-object (p c canvas)
(let ((normal (unit-vector (x p) (y p) (z p))))
(let ((light-dir (normalize (subtract (point-coordinates light) p))))
(let ((diffuse (max 0 (* 0.5 (dot product normal light-dir))))
(specular (max 0 (* 0.5 (pow (dot product normal light-dir) 30))))
(light-color (make-color 1 1 1)))
(fill-point p canvas :color light-color :diffuse diffuse :specular specular)))
(defun normalize (v)
(let ((mag (mag v)))
(values (/ (x v) mag) (/ (y v) mag) (/ (z v) mag))))
(defun dot-product (v1 v2)
(+ (* (x v1) (x v2)) (* (y v1) (y v2)) (* (z v1) (z v2))))
(tracer "spheres.pgm")
```
这个示例程序定义了一些基本的数学函数,如平方、求和、单位向量、距离和最小根。它还定义了一个简单的场景,包括一个点光源和一个世界,其中包含一些对象。`tracer` 函数负责设置场景并调用 `draw-scene` 函数来绘制场景,最后将图像保存为PGM文件。
请注意,这只是一个非常基础的示例,实际的光学跟踪程序可能需要更复杂的场景设置、光线追踪算法和着色技术。如果你打算编写一个更复杂的光学跟踪程序,建议深入研究相关领域的文献和开源代码,以获得更深入的理解和更高效的实现方法。