graphics - 光线追踪中的光泽反射

Question

我正在做一个关于光线追踪的项目，现在我可以做一些基本的渲染。

下图有:

镜面反射，折射，纹理贴图和影子。

我正在尝试进行光泽反射，到目前为止这就是我得到的。谁能告诉我这个光泽反射图像是否有问题？

相比之下，下图来自镜面反射

这是我关于光泽反射的代码，基本上，一旦主光线与物体相交。从这个交点开始，它会随机射出另外 80 条光线，并取这 80 条光线颜色的平均值。我在这段代码中遇到的问题是 x 和 y 的大小，我必须将它们除以某个值，在本例中为 16，这样光泽反射光线就不会太随机。这个逻辑有什么问题吗？

             Colour c(0, 0, 0);

                     for (int i = 0; i < 80; i++) {

                          Ray3D testRay;
                          double a = rand() / (double) RAND_MAX;
                          double b = rand() / (double) RAND_MAX;
                          double theta = acos(pow((1 - a), ray.intersection.mat->reflectivity));
                          double phi = 2 * M_PI * b;
                          double x = sin(phi) * cos(theta)/16;
                          double y = sin(phi) * sin(theta)/16;
                          double z = cos(phi);
                          Vector3D u = reflect.dir.cross(ray.intersection.normal);
                          Vector3D v = reflect.dir.cross(u);
                          testRay.dir = x  * u + y * v  + reflect.dir;
                          testRay.dir.normalize();

                          testRay.origin = reflect.origin;
                          testRay.nbounces = reflect.nbounces;
                          c = c + (ray.intersection.mat->reflectivity)*shadeRay(testRay);
                     }
                     col = col + c / 80;

Answer 1

除了在编码时永远不会很好的硬编码常量之外，还有一个更微妙的问题，尽管您的图像整体看起来不错。

蒙特卡洛积分包括对生成这些样本的被积函数除以概率密度函数 (pdf) 求和。因此，您的代码中存在两个问题:

• 虽然您似乎使用了 Phong 模型的 pdf(如果我能很好地识别它；至少它不是统一的 pdf)，但您没有除以 pdf
• 您已将 x 和 y 组件进一步缩放 1./16. 显然没有任何理由进一步更改您的 pdf。

想法是，如果您能够准确地根据 Phong 模型乘以余弦定律对光线进行采样，那么您甚至不必将被积函数乘以 BRDF。在实践中，没有精确的公式可以准确地采样 BRDF(Lambertian 除外)，因此您需要计算:
像素值 = BRDF*cosine*incoming_light/pdf 之和
如果 BRDF*cosine = pdf，这主要抵消了。

当然，你的图像整体看起来不错，所以如果你对物理合理性不感兴趣，那也不错。
Global Illumination Compendium 关于计算机图形学和蒙特卡洛积分(使用适当的公式)中使用的各种 pdf 的一个很好的来源。菲利普·杜特雷 (Philip Dutré) 着。