使用置换贴图对球体进行光线追踪答案

【问题标题】：Ray-tracing a sphere with displacement mapping使用置换贴图对球体进行光线追踪
【发布时间】：2011-05-27 11:23:40
【问题描述】：

我有兴趣构建一个简单的“Google 地球”类型的应用程序（用于覆盖我自己的信息，而不是 Google 拥有的大量数据）。我希望它只是一个简单的 X11 应用程序，可以用位移（地形）信息对球体进行光线追踪。射线-球体相交非常简单，但是当将显示映射投入其中时，它开始在我的脑海中变得混乱。

我想知道是否有一种简单的技术可以扩展基本的光线-球体相交以包含位移数据...

【问题讨论】：

标签： graphics geometry raytracing

【解决方案1】：

置换贴图非常简单——只需细分球体，根据从贴图中采样的高度为顶点位置添加偏移量，然后对所有部分进行光线追踪。

相机离球体/地球有多远？如果您就在地表附近，则可能根本不值得制作一个完整的“球体”，只需制作一个“高度场”即可。如果您很远（一次查看整个星球），那么即使是最高的山脉也不应该明显取代地表，因此您应该使用简单的凹凸贴图。还可以考虑使用组合 - 真正移位的粗镶嵌，以及对剩余高度差的凹凸贴图。

但无论如何，我无法想象您为什么要进行光线追踪，正如您所描述的问题。只需将其切成三角形并使用 OpenGL。您可能不需要任何光线追踪效果。

【讨论】：

查看我对 Vuk 的评论，我希望将地球表示为一个球体，以便交点计算尽可能简单。 OpenGL 退出了，因为很多时候我们希望能够从服务器通过网络运行东西，而 GLX 往往会阻塞套接字。

【解决方案2】：

我找到了这篇论文：http://www.cgl.uwaterloo.ca/~ecdfourq/GI2008/FourquetGI2008.pdf

我想分享一下，因为它似乎涵盖了我想要做的事情，谢谢大家！

【讨论】：

你知道这个算法的实际实现吗？我有一个非常想尝试的应用程序。
嘿嘿，我目前正在尝试实现这一点。这是我为自己设定的目标之一，作为我正在学习的课程的最后一个项目（其中一位作者是我的教授，但他没有写核心文章）。事实证明这是非常痛苦的，但我已经接近了。我正在记录项目over here 的进度日志。我还没有发布任何关于高度图的信息，因为它还没有完成，但是当我确定它时（如果我这样做了），我会发布一个胜利的条目。到目前为止，我的形状有点正确，阴影很重，法线完全关闭：|

【解决方案3】：

Ray-Tracing 过程是相同的，无论您有一个简单的 20 多边形球体还是一个复杂的位移 2k 多边形球体。无论场景包含什么，光线都会穿过场景。但它用于实现透明、反射、折射等视觉效果，从您在问题中所说的内容来看，我认为您可以在项目中不使用这些效果。您很可能可以在这里获得简单的低成本Ray-Casting。

因此，一旦您安装了渲染引擎，您就可以将所有想要的置换添加到场景中。两种最常见的修改几何图形的方法是：

凹凸贴图，以及
置换贴图

置换贴图将真实的多边形添加到现有几何体中，而凹凸贴图仅通过弯曲表面法线来模拟视觉效果，从而影响对象的阴影。虽然弯曲法线比镶嵌几何体和添加新多边形更快且成本更低，但它不会产生精确的阴影结果，所以如果它对您的应用程序有任何影响，请注意这一点。

另外，考虑使用自适应 Level of Detail 算法和数据结构，因为离几何越远，它需要的细节就越少。

【讨论】：

我实际上是希望，因为我在模拟地球，所以我可以将它保持为一个几何球体，这样就没有场景遍历或多多边形测试。
是的，这取决于上下文，即您是否只会在代表地球的球体上放置诸如山脉之类的地形，或者您是否还需要其中有洞的洞穴、半透明的河流之类的东西需要双面的。当您说“无场景遍历”和“多多边形测试”时，您的确切意思是什么？我的一个重要问题是 - 你打算自己从头开始编写渲染引擎还是使用现有的？
我会自己写。我真的只是想要一个地球，上面可能覆盖着蓝色大理石数据，并带有适当的高度信息。我不需要任何花哨的东西，比如洞穴或透明的河流。如果可以的话，我可能会让水变蓝。
赞许您选择实现渲染器让您的双手有些枯燥，毫无疑问，您将从体验中受益。位移只不过是添加了一些数学方程，对你来说应该很简单。