c++ - 转换光线与投影顶点？

Question

我正在尝试为我的光线追踪图形引擎添加光栅化支持。但是，无论采用何种方法(当然不包括阴影)，我都希望获得相同的图像。

相反，我得到了两种不同尺寸的测试模型，所以我猜它一定与我为光线追踪转换光线的方式有关，或者与我为光栅化构建投影矩阵的方式有关。

这是我的“相机”构造函数(负责构建投影矩阵):

Camera::Camera(float fLength, float fov, float targetRatio, float zNear, float zFar)
{
    focalLength = fLength;
    fieldOfView = fov;
    aspectRatio = targetRatio;
    scale = tan(fieldOfView * 0.5 * DEG_TO_RAD);

    viewMatrix = Matrix4<float>();

    projectionMatrix = Matrix4<float>();

    float distance = zFar - zNear;

    projectionMatrix.xx = scale / aspectRatio;
    projectionMatrix.yy = scale;
    projectionMatrix.zz = -(zFar + zNear) / distance;
    projectionMatrix.zw = -1.0f;
    projectionMatrix.wz = -2.0f * zNear * zFar / distance;
    projectionMatrix.ww = 0.0;

    //aperture = tan(fieldOfView / 2 * DEG_TO_RAD) * focalLength * 2;
    //fieldOfView = atan((aperture / 2) / focalLength) * 2 * RAD_TO_DEG;
}

这就是我根据帧缓冲区尺寸和当前像素坐标转换光线的方式(我计算方向并从其最后的矩阵行获取相机位置):

Ray Camera::castRay(unsigned int width, unsigned int height, unsigned int x, unsigned int y)
{
    float dirX = (2 * (x + 0.5) / (float)width - 1) * aspectRatio * scale;
    float dirY = (1 - 2 * (y + 0.5) / (float)height) * scale;

    Vector3<float> dir = (Vector3<float>(dirX, dirY, -1.0) * viewMatrix).normalize();

    return Ray(Vector3<float>(viewMatrix.wx, viewMatrix.wy, viewMatrix.wz), dir);
}

另一方面，这是我使用光栅化方法对顶点进行光栅化的方式:

    Vector4<float> vertexInRasterSpace;
    Vector4<float> vertexInCameraSpace;

    vertexInCameraSpace = currentVertex * camera.viewMatrix;
    vertexInRasterSpace = vertexInCameraSpace * camera.projectionMatrix;

    vertexInRasterSpace.x = std::min(width - 1, (int)((vertexInRasterSpace.x + 1) * 0.5 * width));
    vertexInRasterSpace.y = std::min(height - 1, (int)((1 - (vertexInRasterSpace.y + 1) * 0.5) * height));
    vertexInRasterSpace.z = -vertexInCameraSpace.z;

最后得到的结果:

-光线追踪-> Ray tracing picture

-光栅化-> Rasterization picture

不用说，两个图像使用相同的模型 View 矩阵。我最初假设我会得到相同(尺寸)的图像是不是全错了？

~天空

Answer 1

取决于光栅化算法在做什么(您是将顶点提供给 3D 图形 API 还是自己进行光栅化？)，但我的第一个怀疑是:

乘以透视矩阵后，但在光栅化之前，您需要执行透视除法:即将 vector 的 X、Y 和 Z 分量除以 W 分量。这似乎不见了。

如果您将输出顶点提供给 3D 图形 API，那么考虑窗口的宽度和高度可能不是您想要的(这是硬件的视口(viewport)转换的一部分)渲染管线)。