game-physics - 在raytracer中实现景深的引用？

Question

我有一个基本的raytracer，我想实现景深。请你
向我推荐我可以使用的资源，书籍和代码？

谢谢

Answer 1

我从本页上的一些信息中找到了答案：http://cg.skeelogy.com/depth-of-field-using-raytracing/，尤其是底部附近的图表。我想我做起来和它的显示方式有些不同，但是概念很简单。

我可以解释发生了什么以及如何实现的一般想法（我会尽量简洁）。光线从所有方向（通常而言）上的任何给定点反射，因此实际上并不是在渲染点和您的眼睛之间穿过的一束光线，而是一束离开渲染点并向眼睛扩展的光锥。您的眼睛/相机镜头会倾向于弯曲这些光线，使视锥细胞停止膨胀并再次开始收缩。为了使物体完全聚焦，视锥应收缩到视网膜/镜架上的一个点，但这仅在距晶状体特定距离处起作用：该距离由参考页面中的“焦平面”指示（尽管我认为它实际上应该是一个以眼睛为中心的球体，而不是一个平面）。

对于焦平面前的任何事物，光锥将弯曲得更多：它将聚焦到视网膜/镜框前面的一点，然后再次开始扩展，因此在到达镜框时不再一个点，但一个圆。类似地，对于焦平面后面的点，圆锥体将减少弯曲，并且在到达框架时尚未收敛到某个点。在这两种情况下，其效果是场景最终在多个像素上被涂抹了一个点。

对于实现，您可以将这个想法变成现实：代替将场景中的每个点渲染为几个像素，您可以将多个附近的点渲染为单个像素，这当然是自“拖尾”后真正发生的情况。相邻点的“向外”光圈将最终重叠，因此每个都有助于形成像素。

所以这是我的实现方式：

首先，定义一个光圈：一个在眼睛中央且与视网膜/框架平行的平面区域。光圈越大，DOF效果越明显。孔径通常只是圆形，在这种情况下，可以很容易地通过其半径定义孔径。其他形状可能导致不同的照明效果。

还定义一个“焦距”。我不认为这实际上是正确的说法，但它是事物完全聚焦的眼睛距离。

渲染每个像素：


首先从眼睛将像正常的光线穿过像素投射到场景中。但是，您只想在光线中找到距眼睛的距离等于所选焦距的点，而不是与场景中的对象相交。将此点称为像素的焦点。
现在，在光圈上选择一个随机起点。对于圆形光圈，这很容易，您可以选择随机的极角和随机的半径（不大于光圈的半径）。您想要在整个光圈上均匀分布，不要试图将其偏向中心或任何东西。
从焦点上的光圈中的选定点投射光线。请注意，它不一定会穿过同一像素，没关系。
以您通常的方式渲染此光线（例如，路径跟踪或仅找到相交的最近点等）。
重复执行步骤2、3和4几次，每次在光圈上使用不同的随机起始点，但始终将其投射到焦点上。对所有光线的渲染颜色值求和，并将其用作该像素的值（通常，必要时除以恒定的衰减因子）。


当然，每个像素使用的光线越多，画质就越好。我一直在使用每像素约150射线来获得体面的但不是很好的质量。您可以看到较少的咬合效果（例如50或60束射线），但是较少的射线束会在图像中产生颗粒感，特别是对于那些非常模糊的物体。您需要的光线数量还取决于光圈大小：较小的光圈不需要太多的光线，但是不会获得那么多的模糊效果。

显然，这样做会极大地增加您的工作负荷，基本上是将其乘以每个像素的光线数量，因此，如果您在raytracer中还有任何优化可以做，那么现在是进行此工作的好时机。如果您碰巧有多个处理器可用，那么一个好消息是，一旦找到像素的焦点，这就会令人尴尬地并行化。

多一点解释

下图应该让您了解正在发生的事情，以及为什么它等同于在眼睛或照相机中实际发生的事情。它显示了正在渲染的两个像素，一个像素显示为红色，另一个像素显示为蓝色。从眼睛穿过每个像素延伸到焦点“平面”的虚线是您在开始时投射的光线，以确定该像素的焦点。半透明的圆锥体表示可以随意选择以渲染每个像素的完整光线（像素1的红色圆锥体，像素2的蓝色圆锥体）。注意，由于所有光线都通过焦点，因此每个圆锥会聚到恰好在焦点处的一个点。

视锥细胞的重叠区域代表场景中的点，这些点最终可能同时渲染到像素1和像素2：换句话说，被涂抹了。由于每个圆锥体都是焦点“平面”上的一个点，因此此处的圆锥体之间没有重叠，因此处于此距离的点仅呈现为单个像素：它们完全聚焦。同时，您离焦点“平面”越远（向前或向后），圆锥体越分散，因此在任何给定点上重叠的圆锥体越多。因此，非常接近或非常远离的点将趋向于渲染为大量不同的像素，因此它们将非常失焦。