光線追蹤器中的景深實現參考？

Question

我有一個基本的光線跟蹤器，我想實現景深。你可以請 推薦我資源我可以使用，書籍和代碼？

感謝

Answer 1

我想通了從信息此頁面上的點點：http://cg.skeelogy.com/depth-of-field-using-raytracing/，特別是接近底部的圖表。我認爲我的表現略有不同，但這個概念非常簡單。

我可以解釋正在發生什麼以及如何實現它的一般想法（我會盡量簡潔）。光從各個方向上的任何給定點反射（一般來說），所以它實際上並不是在渲染點和你的眼睛之間的單一光線，而是離開渲染點並向眼睛擴展的光錐。你的眼睛/相機的鏡頭會傾向於彎曲這些光線，使錐體停止擴展並再次開始收縮。對於要完美對焦的物體，錐體應收縮到視網膜/框架上的一個點，但這隻能在距鏡頭一個特定距離處工作：在參考頁面中由「焦平面」指示的距離（儘管我認爲它應該是一個以眼球爲中心的球體，而不是一架飛機）。

對於焦平面前的任何物體，光錐會彎曲得更多：它會聚焦到視網膜/鏡框前面的一個點，然後再次開始擴展，以便在到達鏡框時，它不再是一個點，而是一個圓圈。類似地，對於焦平面後面的點，錐體會彎曲得更少，並且在到達框架時還不會收斂到一個點。在這兩種情況下，效果是單點是場景最終在多個像素上被抹掉。

爲了實現，您可以將這個想法放在頭上：代替將場景中的每個點渲染爲幾個像素，您可以將幾個附近的點渲染爲單個像素，這當然會發生什麼因爲來自相鄰點的「塗抹」光圈最終會重疊，因此每個都對像素有貢獻。

因此，這裏是我是如何實現它：

首先，定義一個光圈：在你的眼睛和平行的平面區域中心的視網膜/幀。光圈越大，DOF效果就越明顯。孔徑通常只是圓圈，在這種情況下，它很容易通過其半徑來定義。其他形狀可能導致不同的照明效果。

還定義「焦距」。我不認爲這實際上是它的正確名詞，但它是與眼睛完全對焦的距離。

要渲染的每個像素：

1. 啓動由通過像素伸到場景鑄造等從眼睛正常光線。不過，不是將它與場景中的物體相交，而只是想要找到距離眼睛的距離等於所選焦距的射線上的點。將此點稱爲像素的焦點。
2. 現在選擇光圈上的隨機起點。對於圓形光圈，非常容易，您可以選擇一個隨機極角和一個隨機半徑（不大於光圈半徑）。你想要在整個光圈上均勻分佈，不要試圖偏向中心或任何東西。
3. 通過焦點從光圈上的選定點投射光線。請注意，它不一定會穿過相同的像素，沒關係。
4. 按照您通常的方式渲染此光線（例如，路徑追蹤或僅找到最近的交點等）。
5. 重複步驟2,3和4若干次，每次使用不同的孔徑上的隨機起點，但始終通過焦點投射。總結所有光線的渲染色彩值，並將其用作此像素的值（如常見，必要時除以恆定的衰減因子）。

當然，每個像素使用的光線越多，質量就越好。我一直在使用每像素約150光線來獲得體面的，但不是很好的質量。你可以看到少一點的效果（比如50或60條光線）​​，但更少的光線會在圖像中產生顆粒感，特別是對於焦點不清的物體。您需要的光線數量還取決於光圈大小：較小的光圈不需要儘可能多的光線，但您無法獲得儘可能多的模糊效果。

顯然，通過這樣做會大大增加您的工作量，實際上它會乘以每像素的光線數量，所以如果您在光線追蹤器中有任何優化工作要做，現在應該是個好時機它。好消息是，如果你碰巧有多個處理器可用，那麼一旦你找到像素的焦點，這是令人尷尬的平行。

多一點的解釋

下面的圖片應該給你發生了什麼事的想法，爲什麼它的作品了等同於真正發生在眼睛或攝像機。它顯示了兩個像素被渲染，一個像素顯示爲紅色，另一個像素顯示爲藍色。從眼睛通過每個像素到焦點「平面」的虛線是您在開始時投射的光線，以確定像素的焦點。半透明圓錐表示可以隨機選擇以渲染每個像素（像素1爲紅色圓錐體，像素2爲藍色圓錐體）的完整光線組。請注意，由於所有光線都穿過焦點，所以每個圓錐收斂到焦點處的一個點。

圓錐體的重疊區域表示場景中的點可能最終呈現給像素-1和像素-2：換句話說，被抹掉。由於每個錐體都是焦點「平面」上的一個點，因此這裏錐體之間沒有重疊，因此此距離處的點僅呈現爲單個像素：它們完全處於焦點。同時，越遠離焦點「飛機」（向前或向後），錐體傳播得越多，因此在任何給定點上錐體越多。因此，非常接近或非常遠的點將傾向於呈現爲大量不同的像素，因此它們將非常焦點。