Show HN: I wrote a C++ ray tracer from scratch without AI

Show HN：我从零开始用 C++ 写了一个光线追踪器，没有借助 AI

Luz 是一个完全从零开发的 C++20 路径追踪器，没有任何第三方依赖。它支持蒙特卡洛路径追踪、全局光照、BVH 加速、自适应采样、降噪、大气散射、自定义场景文件，以及一个 Blender 到 Luz 的导出器。

luz-render-vs-clay-model.mp4

特性

• 蒙特卡洛路径追踪
• 全局光照
• 多线程 CPU 渲染
• 自适应采样
• 降噪器（NFOR 风格）
• 球体、平面、矩形、三角形、立方体、体积以及 OBJ 网格
• 朗伯、金属、电介质、自发光和各向同性材质
• 面光源、点光源、球面光源和方向光
• 自定义 .luz 场景文件
• .blend 到 .luz 转换器
• 通过 CLI 或场景文件完全自定义渲染参数
• 带 PDF 的重要性采样
• BVH 加速，包括带分箱 SAH 构建和近优先遍历的打包网格 BVH
• 带散射的大气模拟
• 景深、抗锯齿、曝光、对比度、色调映射、伽马校正和泛光
• BMP 和 TIFF 输出
• 确定性基准测试工具，包含渲染、降噪、后处理和分数分解

系统要求

• C++20 编译器
• Make 或 CMake 3.16+
• Python 3（仅用于可选工具/脚本）

快速开始

使用 Makefile 构建：

make

渲染一个内置示例场景：

./Luz --file examples/scenes/blender_monkey.luz --samples 50 --resolution 300x300

默认输出为 render.bmp。场景文件可以设置 outputfilename=...，CLI 可以覆盖常见的渲染设置。

运行测试套件：

make test

基准测试

Luz 包含用于渲染、降噪、后处理和整体分数比较的确定性基准测试。

make benchmark BENCH_CPUS=1 BENCH_THREADS=1 > before.csv
make benchmark BENCH_CPUS=1 BENCH_THREADS=1 > after.csv
make benchmark-compare BEFORE=before.csv AFTER=after.csv

详情请参见 docs/benchmarks.md。

CMake

也可以使用 CMake 构建：

cmake -S . -B build
cmake --build build
ctest --test-dir build

平台支持

支持的平台：

• macOS
• Linux
• Windows

在 macOS 和 Linux 上，Makefile 是主要构建方式。在 Windows 上，使用 CMake 配合 MSVC，或基于 MinGW 的 Makefile 目标：

make windows

WSL 也支持作为 Linux 构建环境。

构建优化

发布版本默认针对构建机器进行调优。Makefile 启用了 -O3、通过 -march=native 进行原生 CPU 调优，以及通过 -flto 进行链接时优化。在编译器/平台支持的情况下，还会启用快速浮点模式。CMake 使用相同的发布意图：-O3、原生 CPU 调优，以及在支持时启用过程间优化/LTO。

这些默认设置可以产生更快的本地渲染，但使用 -march=native 构建的二进制文件可能无法在较旧或不同的 CPU 上运行，并且 LTO 可能暴露特定工具链的链接器问题。如果遇到非法指令崩溃、链接器错误，或者需要更可移植的二进制文件，请禁用这些激进选项并从干净的构建对象重新构建：

make clean
make NATIVE=0 LTO=0

对于 CMake 构建，关闭优化开关进行配置：

cmake -S . -B build -DLUZ_NATIVE_OPTIMIZATIONS=OFF -DLUZ_ENABLE_LTO=OFF
cmake --build build --clean-first

CLI 用法

用法: ./Luz [选项]
-f, --file PATH                  加载 .luz 场景文件
-r, --resolution WxH             覆盖渲染分辨率
-s, --samples N                  覆盖每像素采样数
--adaptive [true|false]          启用自适应逐像素采样
--no-adaptive                    禁用自适应采样
--adaptive-min-samples N         自适应停止前的最小采样数
--adaptive-threshold F           自适应相对噪声阈值
--adaptive-check-interval N      自适应收敛检查间隔
-mlb, --maxLightBounces N        覆盖最大光线弹射次数
--max-light-bounces N            --maxLightBounces 的别名
-t, --threads N                  使用 N 个工作线程渲染
--seed N                         随机采样种子
--gamma true|false               切换伽马校正
-tm, --tonemapping true|false    切换色调映射
--bloom true|false               切换泛光
--exposure EV                    曝光补偿（以档为单位）
--contrast F                     显示对比度乘数
--denoise [true|false]           写入降噪后的配套渲染
--no-denoise                     禁用降噪
-o, --output PATH                覆盖渲染输出路径
--denoise-output PATH            覆盖降噪输出路径
--render-times                   写入 renderTime.bmp
--benchmark                      运行内置基准测试场景
--benchmark-case NAME            基准测试用例：default, many-objects, mesh-bvh, diffuse, postprocess, atmosphere, lights, emissive-geometry, primitives-materials, volumes, obj-mesh

自适应采样

--adaptive 将 --samples 视为每像素的最大采样数。每个像素使用渐进式逐像素采样序列，至少渲染 --adaptive-min-samples 次，然后定期检查亮度和 RGB 置信区间。非常暗的像素在停止前会使用一个保守的最小值，这样罕见的光线贡献就不太可能被误认为是收敛的黑色。较低的阈值会保留更多细节，但需要更多时间。

对于最终渲染，从较高的最大采样数开始，并使用类似以下的值进行调优：

./Luz --file exports/stormtroopers.luz --samples 4096 --adaptive --adaptive-min-samples 512 --adaptive-check-interval 64 --adaptive-threshold 0.005 --denoise

降噪

--denoise 启用 Luz 的 NFOR 风格特征缓冲区降噪器，并写入一个单独的配套图像。默认情况下，render.bmp 会变成 render_denoised.bmp；使用 --denoise-output PATH 可以指定确切路径。

降噪器没有硬性的最低分辨率或采样数要求，但它需要足够的信号来估计有用的颜色和特征统计信息。每像素一个采样主要是一种压力测试：由于没有逐像素方差估计，降噪后的图像可能几乎不变，或者可能平滑掉错误的细节。预览时至少使用每像素几个采样，评估降噪器质量时最好使用大约 16 个或更多采样。非常低的分辨率也会使评估产生误导，因为每个局部滤波窗口覆盖了图像中过多的区域。

场景文件

示例场景位于 examples/scenes/。网格资源位于 assets/objects/。场景文件格式在 docs/scene-files.md 中有文档说明。.luz 文件中的对象路径相对于场景文件所在目录进行解析。