graphics - 光线追踪-如何结合漫反射和镜面反射颜色？

Question

我已经阅读了许多有关光线跟踪和着色的文章，但是我的光线跟踪图像看起来不太好。我说的是镜面反射高光附近非常明亮的绿色区域。结果绿色在这里看起来最大。
如何调整颜色和/或阴影计算以使其看起来正确？

(不要管那些愚蠢的代码，我只是想首先弄清楚这些原则)。

外观如下:

这仅是扩散成分:

这仅是镜面反射组件:

编辑:将漫反射更改为颜色漫反射颜色= ColorMake(0.0f，0.6f，0.0f);
然后图像如下所示:

Point lightPosition = PointMake(-100.0f, 100.0f, -100.0f);
Color diffuseColor  = ColorMake(0.0f, 1.0f, 0.0f);
Color specularColor = ColorMake(1.0f, 1.0f, 1.0f);
Color pixelColor    = ColorMake(0.0f, 0.0f, 0.0f);

//  Trace...

            // Diffuse
            Point intersectionPosition = PointMake(x, y, z);
            Vector intersectionNormal = VectorMake((x - xs) / rs, (y - ys) / rs, (z - zs) / rs);
            Vector intersectionNormalN = VectorNormalize(intersectionNormal);
            Vector lightVector          = VectorSubtract(lightPosition, intersectionPosition);
            VectorlightVectorN         = VectorNormalize(lightVector);
            float      cosTheta        = VectorDotProduct(intersectionNormalN, lightVectorN);
            if (cosTheta < 0.0f)
            {
                cosTheta = 0.0f;
            }

            pixelColor = ColorMultScalar(diffuseColor, cosTheta);

            // Specular
            Vector incomVector    = VectorSubtract(intersectionPosition, lightPosition);
            Vector incomVectorN   = VectorNormalize(incomVector);

            float myDot = - VectorDotProduct(incomVectorN, intersectionNormalN);
            float myLen = 2.0f * myDot;

            Vector tempNormal     = VectorMultScalar(intersectionNormalN, myLen);
            Vector reflectVector  = VectorAdd(tempNormal, incomVectorN);
            Vector reflectVectorN = VectorNormalize(reflectVector);

            float mySpec = MAX(-VectorDotProduct(reflectVectorN, incomVectorN), 0);
            mySpec       = powf(mySpec, 5);

            specularColor = ColorMultScalar(specularColor, mySpec);
            pixelColor    = ColorAdd(pixelColor, specularColor);
            pixelColor    = ColorClamp(pixelColor);

            [self putPixelatX:i andY:j andR:pixelColor.r andG:pixelColor.g andB:pixelColor.b];

Answer 1

问题是，当您计算球体的漫反射颜色时，您已经有一小部分像素是1或非常接近1(在绿色 channel 中)。将“phong”分量(在所有 channel 中的值都接近1)相加，得出的像素面积> =1。然后将颜色值钳制为1时，> = 1的面积代表出去。

您可以使用图片编辑程序对此进行测试，并进行两层(漫反射层上方的phong层)的“加法”叠加。这给出了您看到的结果-以及预期的结果。

您可以通过多种措施来避免此问题:

您可以使光源稍微变暗，即将您从余弦计算出的漫射强度乘以亮度-例如0.8或0.7。

您可以限制球体的颜色饱和度(即绿色)并使其不那么贪婪;)

使用色调映射运算符将像素的颜色值归一化为[0..1]范围-但是该主题范围很广-维基百科可能提供了很好的介绍。您甚至不必全力以赴，因为对于非基于物理的渲染，较简单的色调映射运算符可能足以满足需要并产生令人愉悦的结果。

我的光线跟踪实验可以追溯到几年前，但是您可以尝试这些方法。

更新1:

我注意到的一件事是，当您对输出图像进行 Gamma 校正时-效果不太明显;)-好的，那有点斑驳。

最终的解决方案是进行物理校正或仅使用另一个着色模型 Wikipedia on Specular highlight。

更新2:

一种实际的解决方案是计算phong对最终像素颜色(即变量 mySpec)的贡献。这个想法是只使用镜面反射实际上不为0的漫反射分量的一部分，也就是说，如果您有一些镜面反射分量，则实际上看不到漫反射分量太多(或根本看不到)，因此可以调整为:

float diffuseContrib = 1.f - mySpec;

这看起来应该不错，但我不确定它的正确性:)。

但是请注意；这假定您的镜面反射和漫反射分量在[0..1]范围内。

我的结果看起来像这样: