光线追踪不正确的软阴影采样

Question

你好，我正在研究光线追踪算法，但我被困在 monte carlo 算法上。在没有区域光的情况下渲染时，我的渲染输出是正确的，但是当我将区域光实现添加到源代码以生成软阴影时，我遇到了问题。

这是前后输出图像。

当我向下移动蓝色球体时，问题仍在继续（请注意，当球体沿白色虚线移动时，伪影仍在继续）。请注意，此球体和区域光具有相同的 z 偏移量。当我将蓝色球体带到屏幕前时，工件消失了。我认为问题是由均匀采样锥或采样球函数引起的但不确定。

函数如下：

template <typename T>
CVector3<T> UConeSample(T u1, T u2, T costhetamax,
const CVector3<T>& x, const CVector3<T>& y, const CVector3<T>& z) {
   T costheta = Math::Lerp(u1, costhetamax, T(1));
   T sintheta = sqrtf(T(1) - costheta*costheta);
   T phi = u2 * T(2) * T(M_PI);

   return cosf(phi) * sintheta * x +
          sinf(phi) * sintheta * y +
          costheta * z;
}

我正在从 van Der Corput 序列生成随机浮点值 u1、u2。这是球体采样法

CPoint3<float> CSphere::Sample(const CLightSample& ls, const CPoint3<float>& p, CVector3<float> *n) const {
   // translate object to world space
   CPoint3<float> pCentre = o2w(CPoint3<float>(0.0f));
   CVector3<float> wc = Vector::Normalize(pCentre - p);
   CVector3<float> wcx, wcy;
   //create local coordinate system from wc for uniform sample cone
   Vector::CoordinateSystem(wc, &wcx, &wcy);

   //check if inside, epsilon val. this is true?
   if (Point::DistSquare(p, pCentre) - radius*radius < 1e-4f)
      return Sample(ls, n);

   // Else outside evaluate cosinus theta value
   float sinthetamax2 = radius * radius / Point::DistSquare(p, pCentre);
   float costhetamax = sqrtf(Math::Max(0.0f, 1.0f - sinthetamax2));

   // Surface properties
   CSurfaceProps dg_sphere;
   float thit, ray_epsilon;
   CPoint3<float> ps;

   //create ray direction from sampled point then send ray to sphere
   CRay ray(p, Vector::UConeSample(ls.u1, ls.u2, costhetamax, wcx, wcy, wc), 1e-3f);
   // Check intersection against sphere, fill surface properties and calculate hit point
   if (!Intersect(ray, &thit, &ray_epsilon, &dg_sphere))
      thit = Vector::Dot(pCentre - p, Vector::Normalize(ray.d));

   // Evaluate surface normal
   ps = ray(thit);
   *n = CVector3<float>(Vector::Normalize(ps - pCentre));

   //return sample point
   return ps;
}

有人有什么建议吗？谢谢

Answer 1

我解决了问题。

问题是由RNG "Random Number Generator" algorithm in light sample class (require well distributed u1, u2: low discrepancy sampling)造成的。

光线追踪需要更复杂的 RNG（其中之一 "The Mersenne Twister" 伪随机数生成器）和良好的混洗算法。

希望对您有所帮助。感谢所有发表评论的人。

光线追踪不正确的软阴影采样

Raytracing incorrect soft shadow sampling

c++

raytracing

random-sample