c++ - 为什么在我的光线追踪器中计算阴影和反射时会丢失细节

Question

我正在构建一个光线追踪器，我能够正确地渲染我的球体的漫反射和镜面反射部分。然而，当我开始计算阴影和反射时，我最终得到了一个非常像素化的结果，如下图所示:

我可以看到阴影转换在正确的位置，如果放大，反射也可见，但再次像素化。我调用此方法来确定像素是否处于阴影中，并且我的反射光线方法也递归调用它来确定反射颜色。

    RGBColour Scene::illumination(Ray incidentRay, Shape *closestShape, RGBColour shapeColour, Ray ray)
{
    RGBColour diffuseLight = _backgroundColour;
    RGBColour specularLight = _backgroundColour;
    double projectionNormalToSource = 0.0;

    for (int i = 0; i < _lightSources.size(); i++)
    {
        Ray shadowRay(incidentRay.Direction(), (_lightSources.at(i).GetPosition() - incidentRay.Direction()).UnitVector());

        Vector surfaceNormal = closestShape->SurfaceNormal(incidentRay);

        //lambertian shading.
        projectionNormalToSource = surfaceNormal.ScalarProduct(shadowRay.Direction());

        if (projectionNormalToSource > 0)
        {
            bool isShadow = false;

            std::vector<double> shadowIntersections;

            Ray temp(incidentRay.Direction(), (_lightSources.at(i).GetPosition() - incidentRay.Direction()));
            for (int j = 0; j < _sceneObjects.size(); j++)
            {
                shadowIntersections.push_back(_sceneObjects.at(j)->Intersection(temp));
            }

            //Test each point to see if it is in shadow.
            for (int j = 0; j < shadowIntersections.size(); j++)
            {
                if (shadowIntersections.at(j) != -1)
                {
                    if (shadowIntersections.at(j) > _epsilon && shadowIntersections.at(j) <= temp.Direction().Magnitude() && closestShape != _sceneObjects.at(j))
                    {
                        isShadow = true;
                    }
                    break;
                }
            }

            if (!isShadow)
            {
                diffuseLight = diffuseLight + (closestShape->Colour() * projectionNormalToSource * closestShape->DiffuseCoefficient() * _lightSources.at(i).DiffuseIntensity());
                specularLight = specularLight + specularReflection(_lightSources.at(i), projectionNormalToSource, closestShape, incidentRay, temp, ray);
            }
        }
    }
    return diffuseLight + specularLight;
}

由于除了这些方面我能够正确渲染球体，我相信问题一定出在这个特定的方法中，所以我没有发布其他方法。我认为正在发生的事情是像素值保留其初始颜色而不是被着色的地方我必须错误地计算非常小的值或者另一个选项是计算的光线没有相交，但是我认为后一个选项无效否则，相同的交集方法会在程序的其他地方返回不正确的结果，但球体渲染正确(不包括阴影和反射)。

通常是什么导致了这样的结果，您能在我的方法中发现任何明显的逻辑错误吗？

编辑:我已将光源移到前面，现在我可以看到绿色球体的阴影似乎正确转换，而蓝色球体变得像素化。所以我认为在任何后续的形状迭代中，某些东西一定不能正确更新。

编辑 2:第一个问题已得到修复，阴影现在不再像素化，解决方案是将 break 语句移到它前面的 if 语句中。目前仍然存在反射仍然像素化的问题。

Answer 1

由于数值不稳定，可能会出现这样的像素化。示例:假设您计算位于曲面上的交点。然后将该点用作射线(例如阴影射线)的原点。您会假设光线不会与曲面相交，但实际上有时会。您可以通过丢弃此类自相交来检查这一点，但如果您决定实现凹形，这可能会导致问题。另一种方法可能是将生成的射线的原点沿其方向 vector 移动某个无限小的量，这样就不会发生不需要的自相交。