不完整的光圈

Question

我制作了一个允许阴影的照明引擎。它在网格系统上工作，其中每个像素都有一个以整数形式存储在数组中的光值。这是它的外观演示：

阴影和实际像素着色效果很好。唯一的问题是圆圈中更远的未点亮像素，出于某种原因形成了一个非常有趣的图案（您可能需要放大图像才能看到它）。这是绘制光线的代码。

public void implementLighting(){
    lightLevels = new int[Game.WIDTH*Game.HEIGHT];
    //Resets the light level map to replace it with the new lighting
    for(LightSource lightSource : lights) {
        //Iterates through all light sources in the world
        double circumference =  (Math.PI * lightSource.getRadius() * 2),
                segmentToDegrees = 360 / circumference, distanceToLighting = lightSource.getLightLevel() / lightSource.getRadius();
                //Degrades in brightness further out
        for (double i = 0; i < circumference; i++) {
            //Draws a ray to every outer pixel of the light source's reach
            double radians =  Math.toRadians(i*segmentToDegrees),
                    sine =  Math.sin(radians),
                    cosine =  Math.cos(radians),
                    x = lightSource.getVector().getScrX() + cosine,
                    y = lightSource.getVector().getScrY() + sine,
                    nextLit = 0;
            for (double j = 0; j < lightSource.getRadius(); j++) {
                int lighting = (int)(distanceToLighting * (lightSource.getRadius() - j));
                        double pixelHeight = super.getPixelHeight((int) x, (int)y);
                if((int)j==(int)nextLit) addLighting((int)x, (int)y, lighting);
                //If light is projected to have hit the pixel
                if(pixelHeight > 0) {
                    double slope = (lightSource.getEmittingHeight() - pixelHeight) / (0 - j);
                    nextLit = (-lightSource.getRadius()) / slope;
                    /*If something is blocking it
                    * Using heightmap and emitting height, project where next lit pixel will be
                     */
                }
                else nextLit++;
                //Advances the light by one pixel if nothing is blocking it
                x += cosine;
                y += sine;
            }
        }
    }
    lights = new ArrayList<>();
}

我使用的算法应该考虑到光源半径内没有被物体阻挡的每个像素，所以我不确定为什么一些外部像素会丢失。谢谢

编辑：我发现，光源半径内未点亮的像素实际上只是比其他像素暗。这是 addLighting 方法的结果，它不仅仅是改变像素的光照，而是将其添加到已经存在的值中。这意味着 "unlit" 是只被添加到一次的。为了验证这个假设，我制作了一个程序，以与生成照明相同的方式绘制一个圆圈。这是绘制圆圈的代码：

    BufferedImage image = new BufferedImage(WIDTH, HEIGHT, 
    BufferedImage.TYPE_INT_RGB);
    Graphics g = image.getGraphics();
    g.setColor(Color.white);
    g.fillRect(0, 0, WIDTH, HEIGHT);
    double radius = 100,
            x = (WIDTH-radius)/2,
            y = (HEIGHT-radius)/2,
            circumference = Math.PI*2*radius,
            segmentToRadians = (360*Math.PI)/(circumference*180);
    for(double i = 0; i < circumference; i++){
        double radians = segmentToRadians*i,
                cosine = Math.cos(radians),
                sine = Math.sin(radians),
                xPos = x + cosine,
                yPos = y + sine;
        for (int j = 0; j < radius; j++) {
            if(xPos >= 0 && xPos < WIDTH && yPos >= 0 && yPos < HEIGHT) {
                int rgb = image.getRGB((int) Math.round(xPos), (int) Math.round(yPos));
                if (rgb == Color.white.getRGB()) image.setRGB((int) Math.round(xPos), (int) Math.round(yPos), 0);
                else image.setRGB((int) Math.round(xPos), (int) Math.round(yPos), Color.red.getRGB());
            }
            xPos += cosine;
            yPos += sine;
        }
    }

结果如下：

白色像素是未着色的像素黑色像素是一次着色的像素红色像素是着色 2 次或更多次的像素

所以它实际上比我最初提出的还要糟糕。它是未点亮像素和多次点亮像素的组合。

Answer 1

这可以通过anti-aliasing来解决。

因为您推送浮点坐标信息并对其进行压缩，所以会出现一些有损采样。

double x,y  ------(snap)---> lightLevels[int ?][int ?]

要完全解决该问题，您必须以正确的光照强度围绕该线绘制 透明像素（即那些光照较少的像素）。虽然很难计算。（参见 https://en.wikipedia.org/wiki/Spatial_anti-aliasing）

解决方法

一种更简单（但很脏）的方法是在您绘制的线上绘制另一条透明的粗线，并根据需要调整强度。

或者只是让你的线更粗，即使用 更大的模糊 点但更少的光来补偿。
它应该使故障不那么明显。
（请参阅 how do I create a line of arbitrary thickness using Bresenham? 处的算法）

一个更好的方法是改变你的绘图方法。
手动绘制每条线非常昂贵。
您可以使用 2D sprite 绘制圆圈。
但是，如果您真的想要此图像中的光线投射，则它不适用：http://www.iforce2d.net/image/explosions-raycast1.png

拆分图形 - 游戏玩法

为了获得最佳性能和外观，您可能更喜欢 GPU 渲染，但使用更粗略的算法为游戏进行光线投射。

尽管如此，这是一个非常复杂的话题。（例如 http://www.opengl-tutorial.org/intermediate-tutorials/tutorial-16-shadow-mapping/ ）

参考

这里有更多信息：

http://what-when-how.com/opengl-programming-guide/antialiasing-blending-antialiasing-fog-and-polygon-offset-opengl-programming/（带图像的 opengl 抗锯齿）
DirectX11 Non-Solid wireframe（关于directx11 with image的相关问题）

Answer 2

您应该遍历真实图像像素，而不是极坐标网格点。

所以正确的像素漫游代码可能看起来像

for(int x = 0; x < WIDTH; ++x) {
  for(int y = 0; y < HEIGHT; ++y) {
    double distance = Math.hypot(x - xCenter, y - yCenter);
    if(distance <= radius) {
      image.setRGB(x, y, YOUR_CODE_HERE);
    }
  }
}

当然可以优化此代码段，选择填充良好的多边形而不是矩形。

不完整的光圈

Incomplete Light Circle

java

lighting

game-engine

解决方法

拆分图形 - 游戏玩法

参考