Embree入門

本稿では64bit版Windows10とVisual Studio2015を使ってプログラムを作ってみます．なお，執筆時のv2.16.5ではOSはWindows32bit, 64bit，Linux64bit，Mac OSX64bitに，コンパイラはIntel Compiler, GCC, Clang,Microsoft Compiler (vcc）対応しているそうです．Intel Compilerを使うと10%程度のパフォーマンス改善が見られるそうですが，残念ながら手元にないので諦めてVisual Studioを使います．

作業用フォルダを準備

今回，Embreeを使ってみるにあたり，ダウンロードしてきたライブラリや自分で作成するソースコードなどを保存するフォルダを作ります．どこに作っても構いませんが，差し当たってCドライブ直下に"embree"というフォルダを作成し，そこに保存していくものとします．

プリコンパイル済みライブラリをダウンロード

まずはEmbreeのDownloadページからコンパイル済みのライブラリをダウンロードします．インストーラ（.exe）とZip圧縮版(.zip）とがありますが，ここではzip圧縮版を使ってみましょう．本稿では64bit版Windowsを使いますので"embree-2.16.5.x64.windows.zip"をダウンロードして，C:\embreeに保存し，そのフォルダで解凍して下さい．なお，タイミングによってバージョンは変わりますので，ファイル名は適宜読み替えてください．

ソースコードのダウンロード

次に同じくDownloadページからソースコードをダウンロードします．zip圧縮版(*.zip）とtar.gz圧縮版(*.tar.gz)とがありますが，zip圧縮版を使ってみましょう．"embree-2.16.5.zip"をダウンロードして，C:\embreeに保存し，そのフォルダで解凍して下さい．こちらも，タイミングによってバージョンは変わりますので，ファイル名は適宜読み替えてください．

ここまで終わると，C:\embreeフォルダの中は下図のようになっているはずです．

デバイスを作る

いよいよVisual Studio2015を使ってプログラムを作っていきます．Visual Studio2015を起動し，プロジェクトを新規作成する際に「Win32 コンソール アプリケーション」を選び,「空のプロジェクト」を作成してください.次に，「ビルド」－「構成マネージャ」からアクティブプラットフォームを「x64」に指定して下さい．
さらに，「プロジェクト」－「プロパティ」から，インクルードディレクトリに

• C:\embree\embree-2.16.5
• C:\embree\embree-2.16.5\include
• C:\embree\embree-2.16.4.x64.windows\include

また，ライブラリディレクトリには

• C:\embree\embree-2.16.4.x64.windows\lib

さらに，「リンカ」－「追加の依存ファイル」に

• embree.lib

また，C:\embree\embree-2.16.4.x64.windows\binに入っている

• embree.dll
• tbb.dll

#include <iostream>
#include <embree2/rtcore.h>
#include <embree2/rtcore_ray.h>
int main(void)
{
	/* デバイスを作成 */
	RTCDevice device = rtcNewDevice(NULL);
	/* シーンを作成 */
	RTCScene scene = rtcDeviceNewScene(device, RTC_SCENE_STATIC, RTC_INTERSECT1);
	
	/* ここでこの後いろいろな処理を行う */
	/* .... */
	
	
	/* シーンを削除 */
	rtcDeleteScene(scene);
	/* デバイスを削除 */
	rtcDeleteDevice(device);
	return 0;
}

無事にコンパイルできたら，実行してみましょう．今回は単なる初期化と終了処理しかしていないため，特に何も出力されません．エラー無く実行できればそれでOKです．

RTCDevice rtcNewDevice(const char* cfg = NULL)

void rtcDeleteDevice(RTCDevice device)

RTCScene rtcDeviceNewScene (RTCDevice device, RTCSceneFlags flags, RTCAlgorithmFlags aflags)

void rtcDeleteScene (RTCScene scene)

三角形をつくる

int ntri = 2; // シーン中の三角形の数
int nvert = 4; // シーン中の頂点の総数

/* ３角形ジオメトリを作成 */
unsigned geomID = rtcNewTriangleMesh2(scene, RTC_GEOMETRY_STATIC, ntri, nvert);

unsigned rtcNewTriangleMesh2 (RTCScene scene, RTCGeometryFlags flags, size_t numTriangles, size_t numVertices, size_t numTimeSteps = 1, unsigned int geomID = -1)

/* 頂点座標をセット */
float* vertices = (float*)rtcMapBuffer(scene, geomID, RTC_VERTEX_BUFFER);
/* rtcMapBuffer関数とrtcUnmapBuffer関数に挟まれた間で頂点座標を指定します */
vertices[0] =  10; vertices[1]  =  10; vertices[2]  = 0; // 点Aの座標
vertices[3] =  10; vertices[4]  = -10; vertices[5]  = 0; // 点Bの座標
vertices[6] = -10; vertices[7]  =  10; vertices[8]  = 0; // 点Cの座標
vertices[9] = -10; vertices[10] = -10; vertices[11] = 0; // 点Dの座標
rtcUnmapBuffer(scene, geomID, RTC_VERTEX_BUFFER);

void* rtcMapBuffer(RTCScene scene, unsigned geomID, RTCBufferType type)

void rtcUnmapBuffer(RTCScene scene, unsigned geomID, RTCBufferType type)

次に，各三角形をなす頂点の接続情報（頂点の番号）を記録するための変数（index buffer：インデックスバッファ）を次のように用意します．

/* 頂点番号をセット */
/* rtcMapBuffer関数とrtcUnmapBuffer関数に挟まれた間で頂点番号を指定します */
int* indices = (int*)rtcMapBuffer(scene, geomID, RTC_INDEX_BUFFER);
indices[0] = 0; indices[1] = 1; indices[2] = 3; // 三角形ABD
indices[3] = 1; indices[4] = 2; indices[5] = 3; // 三角形BCD
rtcUnmapBuffer(scene, geomID, RTC_INDEX_BUFFER);

最後にこれまでに作成したジオメトリの情報をシーンに登録します．

/* シーンへ登録 */
rtcCommit(scene);

void rtcCommit (RTCScene scene)

レイとの交差判定

/* レイを生成する */
RTCRay rtcray;
/* レイの始点 */
rtcray.org[0] =  0.0;  // x
rtcray.org[1] =  0.0;  // y
rtcray.org[2] =  20.0; // z
/* レイの方向 */
rtcray.dir[0] =  0.0;  // x
rtcray.dir[1] =  0.0;  // y
rtcray.dir[2] = -1.0;  // z
/* 交差判定する範囲を指定 */
rtcray.tnear = 0.0f;     // 範囲の始点
rtcray.tfar = INFINITY;  // 範囲の終点．交差判定後には交差点までの距離が格納される．

/* 交差判定 */
rtcIntersect(scene, rtcray);
if (rtcray.geomID == RTC_INVALID_GEOMETRY_ID)
{
	/* 交差点が見つからなかった場合 */
	std::cout << "Reject." << std::endl;
}
else
{
	/* 交差点が見つかった場合 */
	std::cout << "Intersect" << std::endl;
}

void rtcIntersect (RTCScene scene, RTCRay& ray)

#include <iostream>
#include <embree2/rtcore.h>
#include <embree2/rtcore_ray.h>
int main(void)
{
	std::cout << "Hello Embree." << std::endl;

	/* デバイスを作成 */
	RTCDevice device = rtcNewDevice(NULL);

	/* シーンを作成 */
	RTCScene scene = rtcDeviceNewScene(device, RTC_SCENE_STATIC, RTC_INTERSECT1);

	int ntri = 2; // シーン中の三角形の数
	int nvert = 4; // シーン中の頂点の総数

	/* ３角形ジオメトリを作成 */
	unsigned geomID = rtcNewTriangleMesh2(scene, RTC_GEOMETRY_STATIC, ntri, nvert);

	/* 頂点座標をセット */
	float* vertices = (float*)rtcMapBuffer(scene, geomID, RTC_VERTEX_BUFFER);
	vertices[0] = 10; vertices[1] = 10; vertices[2] = 0; // 点Aの座標
	vertices[3] = 10; vertices[4] = -10; vertices[5] = 0; // 点Bの座標
	vertices[6] = -10; vertices[7] = 10; vertices[8] = 0; // 点Cの座標
	vertices[9] = -10; vertices[10] = -10; vertices[11] = 0; // 点Dの座標
	rtcUnmapBuffer(scene, geomID, RTC_VERTEX_BUFFER);

	/* 頂点番号をセット */
	int* indices = (int*)rtcMapBuffer(scene, geomID, RTC_INDEX_BUFFER);
	indices[0] = 0; indices[1] = 1; indices[2] = 3; // 三角形ABD
	indices[3] = 1; indices[4] = 2; indices[5] = 3; // 三角形BCD
	rtcUnmapBuffer(scene, geomID, RTC_INDEX_BUFFER);

	/* シーンへ登録 */
	rtcCommit(scene);

	/* レイを生成する */
	RTCRay rtcray;
	/* レイの始点 */
	rtcray.org[0] = 0; // x
	rtcray.org[1] = 0; // y
	rtcray.org[2] = 20; // z
	 /* レイの方向 */
	rtcray.dir[0] = 0; // x
	rtcray.dir[1] = 0; // y
	rtcray.dir[2] = -1; // z
	/* 交差判定する範囲を指定 */
	rtcray.tnear = 0.0f; // 範囲の始点
	rtcray.tfar = INFINITY;  // 範囲の終点．交差判定後には交差点までの距離が格納される．

	/* 交差判定 */
	rtcIntersect(scene, rtcray);
	if (rtcray.geomID == RTC_INVALID_GEOMETRY_ID)
	{
		/* 交差点が見つからなかった場合 */
		std::cout << "Reject." << std::endl;
	}
	else
	{
		/* 交差点が見つかった場合 */
		std::cout << "Intersect" << std::endl;
	}

	/* シーンを削除 */
	rtcDeleteScene(scene);

	/* デバイスを削除 */
	rtcDeleteDevice(device);

	return 0;
}

練習問題

• 衝突位置までの距離はRTCRay構造体のtfarに格納されています．交差点の３次元位置座標を求めてコンソールに表示して下さい．図から，このシーンでは原点（0,0,0）で交差するものと予想されます．
• 衝突した点の正規化済み法線ベクトルをコンソールに表示して下さい．図から，このシーンでの交差点における法線は(0, 0, 1）であると予想されます．