项目5： 黑洞模拟渲染

陈北辰(PB24000337)¹

¹少年班学院2024级

指导老师：刘利刚

项目简介：

黑洞是一种由广义相对论预言的大质量天体，其引力极强以至于能让光无法逃离。在电影 《星际穿越》中，名为“卡冈图雅”的黑洞给我很大的震撼，强引力造成的时空弯曲和周围的 高亮吸积物质共同构成了极其特别的光影效果。本项目将从零开始构建框架并渲染一颗比较物理真实的黑洞。 本项目主要使用 cpp 编写，采用 CMake 构建，调用库包含 Eigen、 GLAD、GLFW、ImGui、GSL 以及 Matplotlibcpp。后两个主要用于测 试 (GSL 为了显示氢原子的轨道以测试体渲染，Matplotlibcpp 以测试测地 线方程求解器)。以及部分 glsl 语言实现渲染等效果。项目也包含了部分 python 语言编写的符号计算程序 (用于计算任意时空下的联络以便计算测 地线)。 本项目使用的环境是 VSCode,CMake 配置使用 Visual Studio Commu- nity 2022 Release - amd64，兼容性推测比较好(代码体量很小)。 如果您在运行 GEODESIC TEST 或 GEODESIC AUTO TEST 项目，请确保您的环境中存在 python 以及 numpy.。

项目视频：

下载专区：

• 项目文件和报告链接：课程资料网盘

项目分工：

• 陈北辰: 全部内容。

感想与不足：

• 测地线计算没有并行化，预处理时间太长。下一步准备将此步并行化。难点是可能会面显存过大等问题（每个线程要存储整条测地线）。

• 吸积盘目前并不是完全物理的，后续将查阅书籍将雾函数调成更物理真实的。

致谢：

• 感谢刘利刚老师和吴汶政、高凡、吴宇森三位助教精心准备的计算机图形学课程，让我有能力从零开始有条理地构建一个这样的项目。

• 感谢DeepSeek团队和QWen团队在AI领域的贡献，让我作为新手的代码能力在大模型的帮助下提高数倍！