遞歸射線追蹤器中的不正確反射

Question

我正在實現具有反射的遞歸射線追蹤器。射線追蹤器目前正在反映出處於陰影中的區域，我不知道爲什麼。當反射代碼被註釋掉時，射線跟蹤器的陰影部分按預期工作，所以我不認爲這是問題。

Vec Camera::shade(Vec accumulator, 
        Ray ray, 
        vector<Surface*>surfaces, 
        vector<Light*>lights, 
        int recursion_depth) { 

if (recursion_depth == 0) return Vec(0,0,0); 

double closestIntersection = numeric_limits<double>::max(); 
Surface* cs; 
for(unsigned int i=0; i < surfaces.size(); i++){ 
    Surface* s = surfaces[i]; 

    double intersection = s->intersection(ray); 

    if (intersection > EPSILON && intersection < closestIntersection) { 
     closestIntersection = intersection; 
     cs = s; 
    } 
} 
if (closestIntersection < numeric_limits<double>::max()) { 

    Point intersectionPoint = ray.origin + ray.dir*closestIntersection; 
    Vec intersectionNormal = cs->calculateIntersectionNormal(intersectionPoint); 

    Material materialToUse = cs->material; 

    for (unsigned int j=0; j<lights.size(); j++) { 

     Light* light = lights[j]; 

     Vec dirToLight = (light->origin - intersectionPoint).norm(); 
     Vec dirToCamera = (this->eye - intersectionPoint).norm(); 


     bool visible = true; 
     for (unsigned int k=0; k<surfaces.size(); k++) { 
      Surface* s = surfaces[k]; 

      double t = s->intersection(Ray(intersectionPoint, dirToLight)); 

      if (t > EPSILON && t < closestIntersection) { 
       visible = false; 
       break; 
      } 
     } 

     if (visible) { 
      accumulator = accumulator + this->color(dirToLight, intersectionNormal, 
              intersectionPoint, dirToCamera, light, materialToUse); 
     } 

    } 

    //Reflective ray 
    //Vec r = d − 2(d · n)n 
    if (materialToUse.isReflective()) { 
     Vec d = ray.dir; 
     Vec r_v = d-intersectionNormal*2*intersectionNormal.dot(d); 
     Ray r(intersectionPoint+intersectionNormal*EPSILON, r_v); 
     //km is the ideal specular component of the material, and mult is component-wise multiplication 
     return this->shade(accumulator, r, surfaces, lights, recursion_depth--).mult(materialToUse.km); 
    } 
    else 
     return accumulator; 
} 
else 
    return accumulator; 
} 

Vec Camera::color(Vec dirToLight, 
        Vec intersectionNormal, 
        Point intersectionPoint, 
        Vec dirToCamera, 
        Light* light, 
        Material material) { 

//kd I max(0, n · l) + ks I max(0, n · h)p 

Vec I(light->r, light->g, light->b); 
double dist = (intersectionPoint-light->origin).magnitude(); 
I = I/(dist*dist); 

Vec h = (dirToLight + dirToCamera)/((dirToLight + dirToCamera).magnitude()); 

Vec kd = material.kd; 
Vec ks = material.ks; 

Vec diffuse = kd*I*fmax(0.0, intersectionNormal.dot(dirToLight)); 

Vec specular = ks*I*pow(fmax(0.0, intersectionNormal.dot(h)), material.r); 

return diffuse+specular; 

} 

我已經提供了我的輸出和預期的輸出。照明看起來有點不同b/c我最初是一個.exr文件，另一個是.png，但我在輸出中繪製了箭頭，表面應該反射陰影，但事實並非如此。

Answer 1

幾件事情要檢查：

1. 在內for循環的清晰視野檢查可能會返回一個假陽性（即它的計算，所有surfaces[k]是不比你的交叉點更接近lights[j]，對於一些j）。這會導致它錯誤地添加light[j]對accumulator的貢獻。這會導致缺少陰影，但它應該到處發生，包括您的頂級遞歸級別，而您只在反射中看到缺少陰影。

2. 在color()方法中可能會出現錯誤，該方法返回一些錯誤值，然後遞增到accumulator。雖然沒有看到該代碼，但很難確定。

3. 您在materialToUse.IsReflective()檢查中使用recursion_depth後綴減量。你能證實recursion_depth的遞減值實際上被傳遞給shade()方法調用嗎？ （如果沒有，請嘗試更改爲前綴遞減）。

   return this->shade(... recursion_depth--)... 
   

編輯：您能也驗證recursion_depth只是一個參數來shade()方法，即不存在一個全局/靜態recursion_depth任何地方。假設不存在（並且不應該有），就可以改變到以上

return this->shade(... recursion_depth - 1)... 

EDIT 2的呼叫：一對夫婦的其他事情查看：

在color()，我不明白你爲什麼在計算中包含相機的方向。每個像素的第一個交點的顏色應該與攝像機的位置無關。但我懷疑這是造成這個問題的原因。

驗證return this->shade(accumulator, r, surfaces, lights, recursion_depth--).mult(materialToUse.km);是否在矩陣乘法中做了正確的事情。你爲什麼乘以materialToUse.km？

驗證materialToUse.km每個表面的常量（即它不會改變表面幾何形狀，迭代深度或其他）。

分手聲明return this->shade(accumulator, r, surfaces, lights, recursion_depth--).mult(materialToUse.km);到其組件對象，所以你可以看到中間結果在調試器：

Vec reflectedColor = this->shade(accumulator, r, surfaces, lights, recursion_depth - 1); 
Vec multipliedColor = reflectedColor.mult(materialToUse.km); 
return multipliedColor; 

確定圖像（X，Y）你的問題的一個像素的座標。設置渲染該像素時觸發的條件斷點，然後逐步執行shade()方法。假設您選擇示例圖像中右下箭頭指向的像素，應該看到一個遞歸到shade()。通過第一次遞歸，你會發現你的代碼不正確地添加了來自地板的光照，當它應該在陰影中時。

Answer 2

回答我自己的問題：我沒有檢查t應該小於從交叉點到燈光位置的距離。

相反的：

if (t > EPSILON && t < closestIntersection) { 
    visible = false; 
    break; 
} 

它應該是：

if (t > EPSILON && t < max_t) { 
    visible = false; 
    break; 
} 

其中max_t是

double max_t = dirToLight.magnitude(); 

之前dirToLight已經常態化。