c++ - 如何正确处理光线追踪中的折射

我目前正在研究raytracer，只是为了好玩，我在折射处理方面遇到了麻烦。

整个raytracer的代码源可以在on Github中找到。编辑:该代码已迁移to Gitlab。

这是渲染的图像:



右球体的折射率设置为1.5(玻璃)。

除了折射之外，我还想处理一个“透明度”系数，其定义如下:

0->对象为100％不透明

1->对象是100％透明的(没有任何原始对象颜色的痕迹)

此 Realm 的透明度为1。

这是处理折射部分的代码。可以找到on github here。

Color handleTransparency(const Scene& scene,
                         const Ray& ray,
                         const IntersectionData& data,
                         uint8 depth)
{
  Ray refracted(RayType::Transparency, data.point, ray.getDirection());
  Float_t eta = data.material->getRefraction();

  if (eta != 1 && eta > Globals::Epsilon)
    refracted.setDirection(Tools::Refract(ray.getDirection(), data.normal, eta));
  refracted.setOrigin(data.point + Globals::Epsilon * refracted.getDirection());
  return inter(scene, refracted, depth + 1);
}

// http://graphics.stanford.edu/courses/cs148-10-summer/docs/2006--degreve--reflection_refraction.pdf
Float_t getFresnelReflectance(const IntersectionData& data, const Ray& ray)
{
  Float_t n = data.material->getRefraction();
  Float_t cosI = -Tools::DotProduct(ray.getDirection(), data.normal);
  Float_t sin2T = n * n * (Float_t(1.0) - cosI * cosI);

  if (sin2T > 1.0)
    return 1.0;

  using std::sqrt;
  Float_t cosT = sqrt(1.0 - sin2T);
  Float_t rPer = (n * cosI - cosT) / (n * cosI + cosT);
  Float_t rPar = (cosI - n * cosT) / (cosI + n * cosT);
  return (rPer * rPer + rPar * rPar) / Float_t(2.0);
}

Color handleReflectionAndRefraction(const Scene& scene,
                                    const Ray& ray,
                                    const IntersectionData& data,
                                    uint8 depth)
{
  bool hasReflexion = data.material->getReflexion() > Globals::Epsilon;
  bool hasTransparency = data.material->getTransparency() > Globals::Epsilon;

  if (!(hasReflexion || hasTransparency) || depth >= MAX_DEPTH)
    return 0;

  Float_t reflectance = data.material->getReflexion();
  Float_t transmittance = data.material->getTransparency();

  Color reflexion;
  Color transparency;

  if (hasReflexion && hasTransparency)
  {
    reflectance = getFresnelReflectance(data, ray);
    transmittance = 1.0 - reflectance;
  }

  if (hasReflexion)
    reflexion = handleReflection(scene, ray, data, depth) * reflectance;

  if (hasTransparency)
    transparency = handleTransparency(scene, ray, data, depth) * transmittance;

  return reflexion + transparency;
}

Tools::Refract只是在内部调用glm::refract。 (以便我可以根据需要轻松更改)

我不处理n1和n2的概念:空气中n2始终被视为1。

我在误解一些明显的东西吗？

编辑

在添加了一种方法来了解射线是否在对象内部之后(如果是，则否定了法线)，我得到了:



在四处寻找帮助时，我偶然发现了this帖子，但我认为答案无法解决任何问题。通过阅读它，我根本不明白我应该做什么。

编辑2

我已经尝试了很多事情，目前我正在:



更好，但我仍然不确定是否正确。我以这张图片为灵感:



但这是使用两个折射率(为了更接近现实)，而我想简化并始终将空气视为第二(进出) Material 。

我在代码中进行的本质更改是在这里:

inline Vec_t Refract(Vec_t v, const IntersectionData& data, Float_t eta)
{
  Float_t n = eta;

  if (data.isInside)
    n = 1.0 / n;
  double cosI = Tools::DotProduct(v, data.normal);

  return v * n - data.normal * (-cosI + n * cosI);
}

这是相同 Realm 的另一种观点:

最佳答案

编辑:我认为这个以前的版本并不完全正确，所以我编辑答案。

阅读所有注释，问题的新版本并自己做一些实验后，我生成了以下版本的refract例程:

float3 refract(float3 i, float3 n, float eta)
{
    eta = 2.0f - eta;
    float cosi = dot(n, i);
    float3 o = (i * eta - n * (-cosi + eta * cosi));
    return o;
}

这次调用它不需要任何其他操作:

float3 refr = refract(rayDirection, normal, refrIdx);

我仍然不确定的唯一一件事是进行内部光线相交时折射率的反转。在我的测试中，无论是否反转索引，生成的图像都没有太大差异。

下面是一些具有不同索引的图像:




有关更多图像，请参见link，因为该站点不允许我在此处放置更多图像。

关于c++ - 如何正确处理光线追踪中的折射，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题：https://stackoverflow.com/questions/42218704/