在光线追踪器中实现软阴影

Implementing soft shadows in a ray tracer

本文关键字：阴影 实现 光线追踪      更新时间：2023-10-16

我想做的是在我用c++开发的简单光线追踪器中实现软阴影。如果我没理解错的话，这背后的想法是向光源发射多束光线，而不是向光源中心发射一束光线，然后平均结果。因此，光线被射向光的不同位置。到目前为止，我使用的是随机点，我不知道这是否正确，或者我是否应该使用在光表面上规律分布的点。假设我做的是对的，我选择一个随机的点，在我的框架中被实现为一个球体。这是由:

Vec3<T> randomPoint() const
{
    T x;
    T y;
    T z;
    // random vector in unit sphere
    std::random_device rd; //used for the new <random> library
    std::mt19937 gen(rd());
    std::uniform_real_distribution<> dis(-1, 1);
    do
    {
        x = dis(gen);
        y = dis(gen);
        z = dis(gen);

    } while (pow(x, 2) + pow(y, 2) + pow(z, 2) > 1);        // simple rejection sampling
    return center + Vec3<T>(x, y, z) * radius;
}

在此之后，我不知道我应该如何确切地移动，因为我的渲染方程(在我简单的光线追踪器)定义如下:

Vec3<float> surfaceColor = 0
for(int i < 0; i < lightsInTheScene.size(); i++){
    surfaceColor += obj->surfaceColor * transmission *
    std::max(float(0), nHit.dot(lightDirection)) * g_lights[i]->emissionColor;
}
return surfaceColor + obj->emissionColor;

其中传输是一个简单的浮点数，设置为0，以防射线从我的hitPoint到lightCenter用于查找中间的对象。

所以，我要做的是:

  • 向光线上的随机点创建多条光线
  • 计算它们在路径上撞到一个物体的数量并记住这个数字
为了简单:让我们想象一下，在我的例子中，我从我的点向灯光上的随机点拍摄了3条阴影光线。3条光线中只有2条到达光线。因此，我的像素的最终颜色将是= color * shadowFactor其中shadowFactor = 2/3。在我的方程中，我删除了传输因素(现在是错误的)，我使用shadowFactor代替。问题是，在我的方程中我有: 
 std::max(float(0), nHit.dot(lightDirection))

我不知道如何改变，因为我不再有一个指向光中心的lightDirection。你能帮我了解一下我应该怎么做，到目前为止有什么问题吗?提前感谢!

您应该为所选的光样本评估整个BRDF。然后，你也会有光的方向(从物体位置到选定的光样本的向量)。你可以取这些结果的平均值。请注意，大多数区域光具有非各向同性的光发射特性(即从一个点发射的光量随出射方向而变化)。

平均可见性不会产生正确的结果(尽管它们通常在视觉上是合理的)。

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