递归射线追踪器中的不正确反射

Question

我正在实现具有反射的递归射线追踪器。射线追踪器目前正在反映出处于阴影中的区域，我不知道为什么。当反射代码被注释掉时，射线跟踪器的阴影部分按预期工作，所以我不认为这是问题。

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; 

} 

我已经提供了我的输出和预期的输出。照明看起来有点不同b/c我最初是一个.exr文件，另一个是.png，但我在输出中绘制了箭头，表面应该反射阴影，但事实并非如此。

Answer 1

几件事情要检查：

1. 在内for循环的清晰视野检查可能会返回一个假阳性（即它的计算，所有surfaces[k]是不比你的交叉点更接近lights[j]，对于一些j）。这会导致它错误地添加light[j]对accumulator的贡献。这会导致缺少阴影，但它应该到处发生，包括您的顶级递归级别，而您只在反射中看到缺少阴影。

2. 在color()方法中可能会出现错误，该方法返回一些错误值，然后递增到accumulator。虽然没有看到该代码，但很难确定。

3. 您在materialToUse.IsReflective()检查中使用recursion_depth后缀减量。你能证实recursion_depth的递减值实际上被传递给shade()方法调用吗？ （如果没有，请尝试更改为前缀递减）。

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

编辑：您能也验证recursion_depth只是一个参数来shade()方法，即不存在一个全局/静态recursion_depth任何地方。假设不存在（并且不应该有），就可以改变到以上

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

EDIT 2的呼叫：一对夫妇的其他事情查看：

在color()，我不明白你为什么在计算中包含相机的方向。每个像素的第一个交点的颜色应该与摄像机的位置无关。但我怀疑这是造成这个问题的原因。

验证return this->shade(accumulator, r, surfaces, lights, recursion_depth--).mult(materialToUse.km);是否在矩阵乘法中做了正确的事情。你为什么乘以materialToUse.km？

验证materialToUse.km每个表面的常量（即它不会改变表面几何形状，迭代深度或其他）。

分手声明return this->shade(accumulator, r, surfaces, lights, recursion_depth--).mult(materialToUse.km);到其组件对象，所以你可以看到中间结果在调试器：

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

确定图像（X，Y）你的问题的一个像素的坐标。设置渲染该像素时触发的条件断点，然后逐步执行shade()方法。假设您选择示例图像中右下箭头指向的像素，应该看到一个递归到shade()。通过第一次递归，你会发现你的代码不正确地添加了来自地板的光照，当它应该在阴影中时。

Answer 2

回答我自己的问题：我没有检查t应该小于从交叉点到灯光位置的距离。

相反的：

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

它应该是：

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

其中max_t是

double max_t = dirToLight.magnitude(); 

之前dirToLight已经常态化。