光線追蹤-折射錯誤

Question

我正在編寫光線追蹤器。 到目前為止，我有漫反射，布林照明和反射。 我的折射出現了問題，我也不知道該怎么辦。 我希望有人能幫助我。

我有一個大的紅色漫反射+布林球，還有一個折射率n = 1.5的小折射球。

小家伙真的搞砸了。

相關代碼：

ReflectiveSurface::ReflectiveSurface(const Color& _n, const Color& _k) : 
F0(Color(((_n - 1)*(_n - 1) + _k * _k) / ((_n + 1)*(_n + 1) + _k * _k))) {}

Color ReflectiveSurface::F(const Point& N, const Point& V) const {
    float cosa = fabs(N * V);
    return F0 + (F0 * (-1) + 1) * pow(1 - cosa, 5);
}

Color ReflectiveSurface::getColor(const Incidence& incidence, const Scene& scene, int traceDepth) const {
    Point reflectedDir = reflect(incidence.normal, incidence.direction);
    Ray ray = Ray(incidence.point + reflectedDir * epsilon, reflectedDir);
    return F(incidence.normal, incidence.direction) * scene.rayTrace(ray, traceDepth + 1);
}

Point ReflectiveSurface::reflect(const Point& N, const Point& V) const {
    return V - N * (2 * (N * V));
}

bool RefractiveSurface::refractionDir(Point& T, Point& N, const Point& V) const {
    float cosa = -(N * V), cn = n;
    if (cosa < 0) { cosa = -cosa; N = N * (-1); cn = 1 / n; }
    float disc = 1 - (1 - cosa * cosa) / cn / cn;
    if (disc < 0) return false;
    T = V / cn + N * (cosa / cn - sqrt(disc));
    return true;
}

RefractiveSurface::RefractiveSurface(float _n, const Color& _k) : ReflectiveSurface(Color(1, 1, 1) * _n, _k) {}

Surface* RefractiveSurface::copy() { return new RefractiveSurface(*this); }

Color RefractiveSurface::getColor(const Incidence& incidence, const Scene& scene, int traceDepth) const {
    Incidence I = Incidence(incidence);
    Color reflectedColor, refractedColor;
    Point direction = reflect(I.normal, I.direction);
    Ray reflectedRay = Ray(I.point + direction * epsilon, direction);
    if (refractionDir(direction, I.normal, I.direction)) {
        Ray refractedRay = Ray(I.point + direction * epsilon, direction);
        Color colorF = F(I.normal, I.direction);
        reflectedColor = colorF * scene.rayTrace(reflectedRay, traceDepth + 1);
        refractedColor = (Color(1, 1, 1) - colorF) * scene.rayTrace(refractedRay, traceDepth + 1);
    }
    else {
        reflectedColor = scene.rayTrace(reflectedRay, traceDepth + 1);
    }
    return reflectedColor + refractedColor;
}

代碼無處不在，因為這是一項家庭作業，並且不允許我包含其他標頭，並且我必須將其發送到一個cpp文件中，因此我不得不將每個類都分離為正向聲明，聲明和實現。那一個文件。 它使我嘔吐，但我嘗試保持其清潔。 有大量的代碼，所以我只包括了我認為最相關的內容。 ReflectiveSurface是RefractiveSurface的父類。 N是表面法線，V是此法線的射線方向矢量，n是折射率。 入射結構包含一個點，一個法線和一個方向向量。

菲涅耳近似和折射矢量的公式分別為：

您可以在代碼中看到，我使用epsilon *射線方向值來避免由浮動不精確引起的陰影痤瘡。 不過，小領域似乎正在發生類似的情況。 另一個屏幕截圖：

如您所見，該球體看起來不是透明的，但它確實繼承了擴散球體的顏色。 通常也有一些白色像素。

無折射：

Answer 1

RefractiveSurface::refractionDir通過（非常量）引用獲取正常N ，並且可以將其反轉。 這似乎很危險。 尚不清楚調用者是否希望翻轉I.normal，因為它被用於顏色計算的下層。

另外， refracted_color並不總是初始化的（除非Color構造函數將其設為黑色）。

嘗試（暫時）簡化，然后看看折射的光線是否擊中了您期望的位置。 刪除菲涅耳計算和反射分量，然后將refracted_color設置為折射光線的跟蹤結果。 這將有助於確定該錯誤是在菲涅耳計算中還是在彎曲射線的幾何中。

調試提示：用黑色以外的顏色給不會擊中像素的像素着色。 這樣可以很容易地將陰影和陰影（表面痤瘡）區別開來。

Answer 2

答案很簡單，但是花了我三天的時間盯着代碼才能發現錯誤。 我有一個Surface類，我從中派生了兩個類：RoughSurface（diffuse + blinn）和RelfectiveSurface。 然后，從RefleciveSurface派生RefractiveSurace。 ReflectiveSurface的構造函數將折光率（n）和消光值（k）作為參數，但不存儲它們。 （F0）是在構造過程中根據它們計算得出的，然后會丟失。 另一方面，RefractiveSurface在折射角計算中使用（n）。

舊構造函數：

RefractiveSurface::RefractiveSurface(float _n, const Color& _k) :
    ReflectiveSurface(Color(1, 1, 1) * _n, _k) {}

新構造函數：

RefractiveSurface::RefractiveSurface(float _n, const Color& _k) :
    ReflectiveSurface(Color(1, 1, 1) * _n, _k), n(_n) {}

如您所見，我忘記將RefractiveSurface的（n）值保存在構造函數中。

大玻璃球后面的紅色小球從相機的兩側照亮：

看起來很棒！D

伙計們，謝謝您的時間。 要完成這項作業，然后我將重寫整個內容並優化其中的內容。