递归光线追踪器中的不正确反射

Question

我正在实现一个带有反射的递归光线追踪器。光线追踪器目前正在反射阴影区域，我不知道为什么。当反射代码被注释掉时，光线追踪器的阴影部分按预期工作，所以我认为这不是问题。

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 我的最初是一个 .exr 文件，另一个是 .png，但我在输出中绘制了箭头，其中表面应该反射阴影，但事实并非如此。

Answer 1

需要检查的几件事：

1234563这会导致它错误地将light[j] 的贡献添加到您的accumulator。这会导致阴影丢失，但它应该在任何地方发生，包括您的顶级递归级别，而您只会在反射中看到丢失的阴影。

1. color() 方法中可能存在错误，该方法返回了一些错误值，然后将其递增到 accumulator。虽然没有看到该代码，但很难确定。

2. 您在 materialToUse.IsReflective() 检查内对 recursion_depth 使用后缀减量。您能否验证recursion_depth 的递减值实际上是否被传递给shade() 方法调用？ （如果没有，请尝试更改为前缀减量）。

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

编辑：您是否还可以验证 recursion_depth 只是 shade() 方法的参数，即任何地方都没有全局/静态 recursion_depth。假设没有（也不应该有），您可以将上面的调用更改为

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

编辑 2：需要注意的其他几件事：

4. 在color() 中，我不明白您为什么要在计算中包含相机的方向。除了第一个以外，每个像素的交叉点的颜色应该与相机的位置无关。但我怀疑这是造成这个问题的原因。

5. 验证return this->shade(accumulator, r, surfaces, lights, recursion_depth--).mult(materialToUse.km); 使用该矩阵乘法是否正确。为什么要乘以materialToUse.km？

6. 验证 materialToUse.km 在每个表面上是恒定的（即它不会改变表面的几何形状、迭代深度或其他任何东西）。

7. 将return this->shade(accumulator, r, surfaces, lights, recursion_depth--).mult(materialToUse.km); 语句分解成它的组件对象，这样你就可以在调试器中看到中间结果：

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

8. 确定有问题的像素之一的图像 (x, y) 坐标。设置在渲染该像素时触发的条件断点，然后逐步执行您的 shade() 方法。假设您选择了示例图像中右下箭头指向的像素，您应该会看到一个递归到 shade()。通过第一次递归，您会看到您的代码错误地添加了来自地板的光贡献，而它应该在阴影中。

Answer 2

回答我自己的问题：我没有检查t 是否应该小于从十字路口到灯光位置的距离。

代替：

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

应该是：

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

max_t 在哪里

double max_t = dirToLight.magnitude();

在dirToLight 标准化之前。