光线跟踪器灯光反射错误

Raytracer light reflection bug

本文关键字：反射 错误 光线跟踪      更新时间：2023-10-16

我正试图将99行C++中的smallpt:Global Illumination移植到C#，当光线从漫反射表面反射时，我遇到了这个奇怪的错误。有人知道问题可能来自哪里吗？

这就是我用40个样本得到的

这就是的样子

这是我的漫射表面代码：

if(sphere.Reflection == Sphere.ReflectionType.DIFFUSE)
{
double angleRand = random.NextDouble(seed) *2f*Math.PI;
double distanceRand = random.NextDouble(seed);
double distanceRandSqtr = Math.Sqrt(distanceRand);
Vector3 w = surfaceNormal;
Vector3 u = Vector3.Normalize(Vector3.Cross(Math.Abs(w.X) > .1 ? new Vector3(0f, 1f, 0f) : new Vector3(1f, 0f, 0f), w));
Vector3 v = Vector3.Cross(w, u);
Vector3 ref1 = Vector3.Multiply(u, (float)Math.Cos(angleRand));
ref1 = Vector3.Multiply(ref1, (float)distanceRandSqtr);
Vector3 ref2 = Vector3.Multiply(v, (float)Math.Sin(angleRand));
ref2 = Vector3.Multiply(ref2, (float)distanceRandSqtr);
Vector3 ref3 = Vector3.Multiply(w, (float)Math.Sqrt(1 - distanceRand));
Vector3 ref4 = Vector3.Add(ref1, ref2);
ref4 = Vector3.Add(ref4, ref3);
Vector3 reflectionRayRand = Vector3.Normalize(ref4);
Vector3 nextRadiance = ComputeRadiance(new Ray(intersectionPoint, reflectionRayRand), depth, seed);
Vector3 result = Vector3.Multiply(color, nextRadiance);
result = Vector3.Add(sphere.Emission, result);
if (float.IsNaN(result.X) || float.IsNaN(result.Y) || float.IsNaN(result.Z))
{
throw new Exception();
} 
return result;
}

这是原件：

if (obj.refl == DIFF){                  // Ideal DIFFUSE reflection
double r1=2*M_PI*erand48(Xi), r2=erand48(Xi), r2s=sqrt(r2);
Vec w=nl, u=((fabs(w.x)>.1?Vec(0,1):Vec(1))%w).norm(), v=w%u;
Vec d = (u*cos(r1)*r2s + v*sin(r1)*r2s + w*sqrt(1-r2)).norm();
return obj.e + f.mult(radiance(Ray(x,d),depth,Xi));}

我放弃了Vector3，使用了一个自定义类，该类可以使用doubles而不是float。这就解决了问题。感谢@AmberElferink的帮助！

class Vec
{
public double X { get; set; }
public double Y { get; set; }
public double Z { get; set; }
public Vec(double x=0, double y=0, double z=0)
{
X = x;
Y = y;
Z = z;
}
public static Vec Normalize(Vec vec) { return vec.GetNormal(); }
public static Vec Cross(Vec right, Vec left) { return right.CrossWith(left); }
public static double Dot(Vec right, Vec left) { return right.DotWith(left); }
public static Vec Multiply(Vec right, Vec left) { return right * left; }
public static Vec Multiply(Vec right, double left) { return right * left; }
public static Vec Add(Vec right, Vec left) { return right + left; }
public static Vec Subtract(Vec right, Vec left) { return right - left; }
public static Vec operator+(Vec right, Vec left) { return new Vec(right.X + left.X, right.Y + left.Y, right.Z + left.Z); }
public static Vec operator-(Vec right, Vec left) { return new Vec(right.X - left.X, right.Y - left.Y, right.Z - left.Z); }
public static Vec operator *(Vec right, Vec left) { return new Vec(right.X * left.X, right.Y * left.Y, right.Z * left.Z); }
public static Vec operator *(Vec right, double left) { return new Vec(right.X * left, right.Y * left, right.Z * left); }
public Vec GetNormal() { return this * (1 / Math.Sqrt(X * X + Y * Y + Z * Z)); }
public double DotWith(Vec b) { return X * b.X + Y * b.Y + Z * b.Z; }
public Vec CrossWith(Vec b) { return new Vec(Y * b.Z - Z * b.Y, Z * b.X - X * b.Z, X * b.Y - Y * b.X); }
}

你的效果让我想起了一点阴影粉刺。通常这是一个更圆形的图案，这就是为什么我不确定。阴影粉刺的发生是由于浮动不准确。散射或反射时，会在某个方向上从曲面上的某个原点生成新光线。原点有时会在曲面下方/上方移动，具体取决于浮动的不准确性。这就是为什么您经常在法线方向上偏移带有少量EPSILON的光线。因此，您的新原点变为：交叉点+交叉点。法线*EPSILON。你应该测试不同的ε值，但通常在0.01到0.02左右。在您的代码中，您仍然使用交叉点，我认为它没有偏移量。我不确定这是否有效，因为你的结果看起来与我习惯的阴影痤疮有点不同，但值得一试，对吧？

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