为啥在我的光线追踪器中计算阴影和反射时会丢失细节

Posted 2023-02-16

【中文标题】为啥在我的光线追踪器中计算阴影和反射时会丢失细节

【英文标题】：Why is detail lost when computing shadow and reflections in my ray tracer为什么在我的光线追踪器中计算阴影和反射时会丢失细节

【发布时间】：2014-12-09 19:27:37

【问题描述】：

我正在构建一个光线追踪器，并且能够正确渲染球体的漫反射和镜面反射部分。当我开始计算阴影和反射时，我得到了一个非常像素化的结果，如下图所示：

我可以看到阴影投射在正确的位置，如果放大反射也可见，但再次像素化。我调用这个方法来确定一个像素是否处于阴影中，并且我的反射光线方法也递归地调用它来确定反射的颜色。

    RGBColour Scene::illumination(Ray incidentRay, Shape *closestShape, RGBColour shapeColour, Ray ray)

    RGBColour diffuseLight = _backgroundColour;
    RGBColour specularLight = _backgroundColour;
    double projectionNormalToSource = 0.0;

    for (int i = 0; i < _lightSources.size(); i++)
    
        Ray shadowRay(incidentRay.Direction(), (_lightSources.at(i).GetPosition() - incidentRay.Direction()).UnitVector());

        Vector surfaceNormal = closestShape->SurfaceNormal(incidentRay);

        //lambertian shading.
        projectionNormalToSource = surfaceNormal.ScalarProduct(shadowRay.Direction());

        if (projectionNormalToSource > 0)
        
            bool isShadow = false;

            std::vector<double> shadowIntersections;

            Ray temp(incidentRay.Direction(), (_lightSources.at(i).GetPosition() - incidentRay.Direction()));
            for (int j = 0; j < _sceneObjects.size(); j++)
            
                shadowIntersections.push_back(_sceneObjects.at(j)->Intersection(temp));
            

            //Test each point to see if it is in shadow.
            for (int j = 0; j < shadowIntersections.size(); j++)
            
                if (shadowIntersections.at(j) != -1)
                
                    if (shadowIntersections.at(j) > _epsilon && shadowIntersections.at(j) <= temp.Direction().Magnitude() && closestShape != _sceneObjects.at(j))
                    
                        isShadow = true;
                    
                    break;
                
            

            if (!isShadow)
            
                diffuseLight = diffuseLight + (closestShape->Colour() * projectionNormalToSource * closestShape->DiffuseCoefficient() * _lightSources.at(i).DiffuseIntensity());
                specularLight = specularLight + specularReflection(_lightSources.at(i), projectionNormalToSource, closestShape, incidentRay, temp, ray);
            
        
    
    return diffuseLight + specularLight;

除了这些方面之外，我能够正确渲染球体，我确信问题必须出在这个特定的方法中，所以我没有发布其他方法。我认为正在发生的是像素值保留其初始颜色而不是被着色的地方，我必须错误地计算非常小的值，或者另一个选项是计算出的光线没有相交，但是我认为后一个选项无效否则，相同的交集方法将在程序的其他地方返回不正确的结果，但球体渲染正确（不包括阴影和反射）。

那么通常是什么导致了这样的结果，你能在我的方法中发现任何明显的逻辑错误吗？

编辑：我已将光源移到前面，现在我可以看到绿色球体的阴影似乎正确投射，而蓝色球体则变得像素化。所以我认为在任何后续的形状迭代中，某些东西一定不能正确更新。

编辑 2：第一个问题已得到修复，阴影现在没有像素化，解决方法是将 break 语句移到其前面的 if 语句中。目前仍然存在反射仍然像素化的问题。

【问题讨论】：

temp 和 shadowRay 有什么区别？当你计算一个交点时，光线方向是标准化的吗？如果不是，我会再次检查shadowIntersections.at(j) <= temp.Direction().Magnitude()。 This 是我前段时间实现影子的方式。

temp和shadowRay没有区别，我加了temp帮助调试，忘记取出了。在计算幅度时，对被测射线的方向进行归一化。

还有一件事：我认为 break 应该在 if 语句中。但我仍然不确定你的shadowRay 做了什么。是从灯到路口的光线吗？

^ 这个。我一读就看到了，谢谢！

会做，我会先整理一下，所以这是一个更有帮助的答案。

【参考方案1】：

由于数值不稳定，可能会发生这样的像素化。一个例子：假设您计算一个位于曲面上的交点。然后将该点用作射线的原点（例如，阴影射线）。你会假设光线不会与那个曲面相交，但实际上它有时可以。您可以通过丢弃此类自相交来检查这一点，但如果您决定实现凹形，这可能会导致问题。另一种方法可能是将生成的射线的原点沿其方向矢量移动一些无限小的量，这样就不会发生不需要的自相交。