c++ - 是什么导致我的光线追踪器中出现伪影？

Question

编辑:我现在已经解决了问题；您可以在答案中看到我的解决方案。

我正在使用 OpenGL(在 GLSL 计算着色器中)编写实时光线追踪器，并且我的一些线三角形交叉点遇到了一个小问题(或者至少，我相信它们是罪魁祸首)。这是正在发生的事情的图片:

如您所见，在靠近图像顶部的两个三角形的交点处，一些像素被染成黑色。这可能与我处理 float 或其他东西的方式有关，我尝试在网上搜索解决方案，但找不到类似的情况。也许我缺少一个重要的关键字？

不管怎样，重要的一段代码就是这个:

#define EPSILON 0.001f
#define FAR_CLIP 10000.0f
float FindRayTriangleIntersection(Ray r, Triangle p)
{
    // Based on Moller-Trumbone paper
    vec3 E1 = p.v1 - p.v0;
    vec3 E2 = p.v2 - p.v0;
    vec3 T = r.origin - p.v0;
    vec3 D = r.dir;
    vec3 P = cross(D, E2);
    vec3 Q = cross(T, E1);

    float f = 1.0f / dot(P, E1);
    float t = f * dot(Q, E2);
    float u = f * dot(P, T);
    float v = f * dot(Q, D);

    if (u > -EPSILON && v > -EPSILON && u+v < 1.0f+EPSILON) return t;
    else return FAR_CLIP;
}

我尝试了 EPSILON 的各种值，尝试了 EPSILON 值的 +/- 变体，但无济于事。此外，将 1.0f+EPSILON 更改为 1.0-EPSILON 会在整个过程中产生一条稳定的黑线。

还要澄清一下，两个三角形之间肯定没有间隙。它们紧紧地排列在一起(我也尝试过扩展它们以使它们相交，但我仍然得到相同的黑点)。

奇怪的是，底部的十字路口没有这种现象的迹象。

最后一点:如果需要我的更多代码，请询问，我会尝试隔离更多代码(或者可能只是链接到整个着色器)。

更新:有人指出，“黑色伪影”实际上是棕色的。所以我挖得更深了，关闭了所有反射，得到了这个结果:

棕色实际上只是来自顶部的铜 Material ，但更重要的是我想我知道问题的原因是什么，但我离解决问题还差得远。

似乎当光线射出时，由于 float 算法中的非常轻微的缺陷，一些光线与顶部三角形相交，而一些光线与底部相交。

所以我想现在问题归结为:在这种情况下，我怎样才能在决定应该击中哪个三角形时保持某种一致性？

Answer 1

所以事实证明不是我发布的代码导致了问题。感谢评论中的一些帮助，当我确定离相机最近的物体时，我能够找到这段代码:

float nearest_t = FAR_CLIP;
int nearest_index = 0;
for (int j=0; j<NumObjects; j++)
{
    float t = FAR_CLIP;
    t = FindRayObjectIntersection(r, objects[j]);

    if (t < nearest_t && t > EPSILON && t < FAR_CLIP)
    {
        nearest_t = t;
        nearest_index = j;
    }
}

在确定 t 时，有时三角形靠得很近，t < nearest_t有一个几乎是概率的结果，因为交叉点与相机的距离大致相同。

我最初的解决方案是将内部 if 语句更改为:

if (t < nearest_t-EPSILON && t > EPSILON && t < FAR_CLIP)

这确保了如果两个交点非常接近，它将始终选择第一个对象来显示(除非第二个对象至少接近 EPSILON)。这是生成的图像(禁用反射):

现在还有一些小神器，很明显还是有一点小问题。因此，在评论中的一些讨论后，@Soonts 提出了混合三角形颜色的想法。这导致我不得不进一步更改上面的代码，以便跟踪到两个三角形的距离:

if (t > EPSILON && t < FAR_CLIP && abs(nearest_t - t) < EPSILON)
{
    nearest_index2 = nearest_index;
    nearest_t2 = nearest_t;
}
if (t < nearest_t+EPSILON && t > EPSILON && t < FAR_CLIP)
{
    nearest_t = t;
    nearest_index = j;
}

我还添加了这个颜色混合代码:

OverallColor = mix(c1, c2, 0.5f * abs(T1 - T2) / EPSILON);

经过这两个步骤，老实说，我认为这种效果更多来自逻辑变化而不是混合变化，我得到了这个结果:

我希望其他人觉得这个解决方案很有帮助，或者至少它激发了一些想法来解决你自己的问题。作为最后一个示例，以下是反射、更柔和的阴影和一些抗锯齿都打开的漂亮结果:

快乐的光线追踪!