3D渲染-光线追踪-包围盒

Posted 2023-05-12

参考技术A

上节通过光栅化和光线追踪的对比，引入光线追踪。

在光栅化中，其实就是构建网格，然后在像素网格中放入物体。对于每个物体，通常会观察该物体所覆盖的每个像素。

在光线追踪中，则颠倒此循环过程，首先确定每个像素，然后去查看每个物体，判断物体能否覆盖相应像素。换言之，将相机（起点）与一个像素点连线，发出射线，然后观察每个物体被光源照亮情况，将每个交点的着色值加权和写入像素值。

解释了Whitted-Style Ray Tracing的原理，并讲解了如何进行光线和场景中物体求交问题。

之前每一个像素都需要与场景中所有三角形求交。
即：algorithm = pixels ✖️ traingles
可以向想象：一个成像平面上有很多个像素，一个场景中由很多三角形构成。每一个像素都要与场景中全部三角形求交，非常慢。

使用包围盒进行加速。

一般使用的包围盒是长方体。
对长方体的理解：由三个不同的对面形成的交集。如下图

使用包围盒计算更方便。使用轴对齐包围盒，计算更方便。如下图：

先以2D的为例。
1、光线先与x轴上两对面，求交点。
2、光线再与y轴上两对面，求交点。
3、将1和2求交集，即光线在2D包围盒里的区域。
如下图：

扩展到3D：
1、当光线进入了全部的对面时，则光线进入包围盒。
2、当光线只要离开任意一个对面时，则光线离开包围盒。
即：T _enter = max t _min T _exit = min t _max
当T _enter < T _exit 时，说明光线在包围盒内一段时间。

由于光线是一条射线。
当 T _exit < 0 时，说明光线在包围盒的背后，不会有交点。
当 T _enter < 0 且 T _exit > 0 时，说明光线在包围盒里，有交点。
总结：光线与包围盒(AABB)有交点，当且仅当 T _enter < T _exit && T _exit > 0

整合多个光线追踪样本

【中文标题】整合多个光线追踪样本

【英文标题】：Integrating multiple raymarching samples

【发布时间】：2014-05-26 16:54:43

【问题描述】：

假设我正在使用 raymarching 来渲染场函数。 （这是在 CPU 上，而不是在 GPU 上。）我有一个类似这样粗略编写的伪代码的算法：

pixelColour = arbitrary;
pixelTransmittance = 1.0;
t = 0;
while (t < max_view_distance) 
  point = rayStart + t*rayDirection;
  emission, opacity = sampleFieldAt(point);
  pixelColour, pixelTransmittance =
      integrate(pixelColour, pixelTransmittance, emission, absorption);
  t = t * stepFactor;

return pixelColour;

逻辑真的很简单...但是integrate() 是如何工作的？

每个样本实际上代表我领域中的一个体积，而不是一个点，即使样本是在一个点上采集的；因此对最终像素颜色的影响将根据体积的大小而有所不同。

我不知道该怎么做。我环顾四周，但是虽然我发现了很多代码（通常在 Shadertoy 上），但它们的作用都不同，我找不到任何解释原因。这是如何工作的，更重要的是，哪些神奇的搜索词可以让我在 Google 上查找它？

【问题讨论】：

...在网络上花费了相当长的时间进行研究之后，当我发现一篇看起来很有希望的关于该主题的文章时，我感到非常兴奋。原来是这个问题。呸。

【参考方案1】：

这是比尔-兰伯特定律，它通过参与的同质媒体来控制灭绝。难怪我找不到任何有效的关键字。

There's a good writeup here，它告诉我几乎所有我需要知道的信息，尽管它确实掩盖了相位函数的计算。但至少现在我知道该读什么了。