c++ - 在光线跟踪器中计算阴影时出现意外结果

我正在使用C++进行raytracer的研究，到目前为止，我已经能够基于漫反射，镜面反射和环境分量来计算照明模型。当我尝试在场景中添加阴影时，我的问题出现了:场景真的被弄乱了:



我的代码划分如下:

我有一个基类“SceneObject”，它具有一个虚拟方法intersect()，该方法接收射线(由原点和方向定义)并输出一个 bool(boolean) 值，以及计算出的t值，命中点和对象的法线。

“ Material ”类包含镜面反射色和漫反射色( vector )，以及phong指数的值(int)。

我有来自上述SceneObject的3个派生类:平面，三角形和球形类，每个类都有在基类中定义的相交版本。

我有一个函数，可以使用对象的法线，生命值，光源和对象 Material 来计算给定像素的输出颜色。

我要渲染的所有对象都存储在 vector 中。

这是我的派生类之一Triangle:

class Triangle: public SceneObject{
public:
    Triangle (vec3 a, vec3 b, vec3 c, Material mat){
        name = "Triangle";
        p0 = a;
        p1 = b;
        p2 = c;
        objectMaterial = mat;
        normal = normalize(cross(p0-p1, p0-p2));
    }

    //Möller-Trumbore algorithm
    bool intersect(Ray aRay, float &t, vec3 &hitPoint, vec3 &n){//we will use ray-plane intersection and barycentric coords:

        bool returnValue = false;
        //first we need to get a t of intersection between the passed ray and the triangle
        vec3 v0v1 = p1-p0;
        vec3 v0v2 = p2-p0;
        vec3 pvec = cross(aRay.getDirection(), v0v2);

        float det = dot(v0v1, pvec);

        if ( det >= 1e-6 ){ // Only draw if not backfacing

            float invDet = 1/det;

            float u = dot(-p0, pvec) * invDet;
            // No intersection if u < 0 or u > 1
            if (u >=0 && u <= 1) {
                vec3 qvec = cross(-p0, v0v1);
                float v = dot(aRay.getDirection(), qvec) * invDet;

                // No intersection if v < 0 or u + v > 1
                if (v >=0 && (u + v) <= 1){
                    t = dot(v0v2, qvec) * invDet;
                    returnValue = true;

                    hitPoint = aRay.getOrigin() + (t*aRay.getDirection());
                    n = normal;
                    //calculated_Out_Colour = calculateOutputColour(normal, aRay, lightSource, objectMaterial, t, hitPoint);

                }
            }
        }

        return returnValue;
    }

private:
    vec3 p0;
    vec3 p1;
    vec3 p2;
    vec3 normal;
};

这是我的主循环，在该循环中，我为窗口的每个像素生成所有光线，并确定颜色以及当前位置是否处于阴影中:

for(int i=0;i<imageBuffer.Height();i++){
for(int j=0;j<imageBuffer.Width();j++){
    float currentX = ((float)i-256);
            float currentY = ((float)j-256);
            //cout << currentX << ", " << currentY << ", " << currentZ << endl;
            //make a ray for this pixel (i,j)
            glm::vec3 rayDirection = glm::normalize(glm::vec3(currentX, currentY, -d));
    //make a ray for this pixel (i,j)
    Ray currentRay(vec3(0,0,0), rayDirection);

    vec3 hitPoint;
    vec3 normalAtHit;
    float tnear = 999; // closest intersection, set to INFINITY to start with
    SceneObject* object = NULL;
    for (int k = 0; k < objects.size(); k++) {
        float t; // intersection to the current object if any
        if (objects[k]->intersect(currentRay, t, hitPoint, normalAtHit) && t < tnear) {
            object = objects[k].get();
            tnear = t;

            vec3 shadowRayDirection = normalize(light1.getLightOrigin()-hitPoint);
            Ray shadowRay(hitPoint+vec3(0.03, 0.03,0.03), shadowRayDirection);
            float shadowT;
            vec3 shadowHitPoint;
            vec3 shadowN;
            for (int m = 0; m < objects.size(); ++m) {
                if (objects[m]->intersect(shadowRay, shadowT, shadowHitPoint, shadowN)) {
                    imageBuffer.SetPixel(i, j, ambientColour*ambientIntensity);
                    break;
                } else {
                    imageBuffer.SetPixel(i, j, calculateOutputColour(normalAtHit, currentRay, light1, objects[k]->getMaterial(), hitPoint));
                }
            }
            }
        }
    }
}

老实说，我在这里很茫然，我不知道为什么会这样。我尝试使用描述的算法here，但是它会产生图像中显示的相同结果。作为引用，如果我循环播放并检查阴影，则我的场景如下所示:



感谢您在尝试调试此东西方面的​​帮助。谢谢。

最佳答案

Cornstalks是正确的，但重要的一点是，如果您使用hitPoint + 0.03 * normalAtHit，则需要确保法线是与入射光线匹配的法线，根据我们在代码中看到的内容，您仅采用原始图元的法线，但每张脸都有2个法线(一个相对于另一个相反)。

视情况而定，您的光线可能从错误的一侧开始，从而可能导致无效的阴影。

为此，您可以根据结果(大于0或小于0)来检查入射光线与法线的点积，您将知道是否需要反转法线。

关于c++ - 在光线跟踪器中计算阴影时出现意外结果，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题：https://stackoverflow.com/questions/36255098/