graphics - 光线追踪中的光泽反射

Question

我正在做一个关于光线追踪的项目，现在我可以做一些基本的渲染。

下图有:

镜面反射， 折射， 纹理映射 和阴影。

我正在尝试进行光泽反射，到目前为止这就是我得到的。 谁能告诉我这个光泽反射图像是否有任何问题？

相比之下，下图是镜面反射的结果

这是我关于光泽反射的代码，基本上，一旦主光线与物体相交。 从这个交点开始，它会随机射出另外 80 条光线，并取这 80 条光线颜色的平均值。我在这段代码中遇到的问题是 x 和 y 的大小，我必须将它们除以某个值(在本例中为 16)，这样光泽反射光线就不会太随机。这个逻辑有问题吗？

             Colour c(0, 0, 0);

                     for (int i = 0; i < 80; i++) {

                          Ray3D testRay;
                          double a = rand() / (double) RAND_MAX;
                          double b = rand() / (double) RAND_MAX;
                          double theta = acos(pow((1 - a), ray.intersection.mat->reflectivity));
                          double phi = 2 * M_PI * b;
                          double x = sin(phi) * cos(theta)/16;
                          double y = sin(phi) * sin(theta)/16;
                          double z = cos(phi);
                          Vector3D u = reflect.dir.cross(ray.intersection.normal);
                          Vector3D v = reflect.dir.cross(u);
                          testRay.dir = x  * u + y * v  + reflect.dir;
                          testRay.dir.normalize();

                          testRay.origin = reflect.origin;
                          testRay.nbounces = reflect.nbounces;
                          c = c + (ray.intersection.mat->reflectivity)*shadeRay(testRay);
                     }
                     col = col + c / 80;

Answer 1

除了编码时从来都不好的硬编码常量之外，还有一个更微妙的问题，尽管您的图像总体看起来不错。

蒙特卡洛积分包括对被积函数除以生成这些样本的概率密度函数 (pdf) 求和。因此您的代码中有两个问题:

• 尽管您似乎使用了 Phong 模型的 pdf，但您还没有除以 pdf(如果我很好地识别它；至少它不是统一的 pdf)
• 您已进一步扩展您的x和y组件 1./16.显然没有任何理由进一步更改您的 pdf。

这个想法是，如果您能够根据 Phong 模型乘以余弦定律精确地对光线进行采样，那么您甚至不必将被积函数乘以 BRDF。在实践中，没有精确的公式可以精确采样 BRDF(朗伯式除外)，因此您需要计算:
pixel value = sum BRDF*cosine*incoming_light / pdf
这基本上抵消了 if BRDF*cosine = pdf .

当然，您的图像整体看起来不错，所以如果您对物理合理性不感兴趣，那也可能很好。
关于计算机图形学和蒙特卡罗积分(带有适当的公式)中使用的各种 pdf 的一个很好的来源是 Global Illumination Compendium作者:菲利普·杜特雷。