c++ - 光线追踪器 : High FOV distortion

Question

我实际上正在实现一个 C++ 光线追踪器，并且我正面临一个关于光线追踪的经典问题。当放置高垂直 FOV 时，形状离边缘越近，变形越大。

我知道为什么会发生这种失真，但我不知道如何解决它(当然，减少 FOV 是一种选择，但我认为我的代码中有一些地方需要更改)。我一直在浏览不同的计算论坛，但没有找到任何解决方法。

这是说明我的问题的屏幕截图。

我认为问题在于我转换光线的视平面实际上并不平坦，但我不知道如何解决这个问题。如果您有任何解决它的技巧，我愿意接受建议。

我使用的是右手系统。相机系统 vector 、方向 vector 和光 vector 被归一化。

如果您需要一些代码来检查某些内容，我会把它放在您询问的部分的答案中。

光线生成代码:

        // PixelScreenX = (pixelx + 0.5) / imageWidth
        // PixelCameraX = (2 ∗ PixelScreenx − 1) ∗
        //      ImageAspectRatio ∗ tan(fov / 2)
        float x = (2 * (i + 0.5f) / (float)options.width - 1) *
                options.imageAspectRatio * options.scale;

        // PixelScreeny = (pixely + 0.5) / imageHeight
        // PixelCameraY = (1 − 2 ∗ PixelScreeny) ∗ tan(fov / 2)
        float y = (1 - 2 * (j + 0.5f) / (float)options.height) * options.scale;

        Vec3f dir;
        options.cameraToWorld.multDirMatrix(Vec3f(x, y, -1), dir);
        dir.normalize();
        newColor = _renderer->castRay(options.orig, dir, objects, options);

Answer 1

你的投影没有问题。它产生的正是它应该产生的。

让我们考虑下图，看看所有数量如何相互作用:

我们有相机位置、视野(作为角度)和图像平面。图像平面是您将 3D 场景投影到的平面。本质上，这代表您的屏幕。当您在屏幕上查看渲染时，您的眼睛充当相机。它会看到投影图像，如果它位于正确的点，它会准确地看到如果实际 3D 场景在那里会看到的东西(忽略景深等效果)

显然，您无法修改屏幕(您可以更改窗口大小，但让我们坚持使用恒定大小的图像平面)。然后，相机的位置和视野之间存在直接关系。随着视野的增加，相机越来越靠近图像平面。像这样:

因此，如果您在代码中增加视野，则需要将眼睛移近屏幕以获得正确的感知。您实际上可以尝试使用您的图像。将眼睛移近屏幕(我说的是 3 厘米)。如果您现在再看外面的球体，它们实际上看起来又像真球了。

总而言之，视野应与观看设置的几何形状大致匹配。对于给定的屏幕尺寸和平均观看距离，这可以很容易地计算出来。如果您的查看设置与您在代码中的假设不匹配，3D 感知将会崩溃。