光线追踪阴影问题答案

【问题标题】：Raytraced Shadows Problem光线追踪阴影问题
【发布时间】：2009-12-09 20:07:26
【问题描述】：

我的光线追踪器中的阴影光线有问题。

请看下面两张图

3D 最大：

alt text http://neo.cycovery.com/shadow_problem.gif

我的光线追踪器：

alt text http://neo.cycovery.com/shadow_problem2.jpg

场景被非常明亮的灯光照亮，从后面照耀。它太亮了，阴影中没有渐变，只有白色或深色（由于过度曝光）。

两幅图像均使用 3DStudioMax 渲染，并且都使用完全相同的几何图形，只是在一种情况下，法线是跨三角形插值的。

现在考虑表面上的红点。在未平滑版本的情况下，它位于黑暗区域。这意味着从这个三角形看不到光源，因为它背对着它。然而，在平滑版本中，它位于光照区域，因为插值法线表明，光线在该点可见（尽管三角形的实际几何图形背对光源）。

我现在的问题是当光线跟踪阴影进入时。如果从红点将阴影光线射入场景，以测试光源是否可见（以确定阴影），阴影光线将返回一个交叉点，与是否对法线进行插值无关（因为交点仅取决于几何形状）。因此，像素会被暗化。

3dsamx 正在正确处理这种情况 - 渲染图像是在启用光线跟踪阴影的情况下生成的。但是，当我打开光线追踪阴影时，我自己的光线追踪器恰好遇到了这个问题（在我的光线追踪器中，这两种情况下的点都是暗的，因为光线追踪阴影决定了位于阴影中的点），我不知道如何解决它。

我希望有人知道这个问题以及如何处理它..

谢谢！

【问题讨论】：

你在做正常的平滑吗？位置是空间基于几何图形，但阴影状态基于与光源的角度，这是基于表面法线的，因此如果您不平滑法线，您将在三角形上拥有相同的法线。
什么意思？正如我所说，我在三角形上插入法线！问题不在于阴影！问题是光线追踪的阴影！如果我关闭光线追踪阴影，一切看起来都很好（当然，除了没有阴影！）
Mat，能否再附两张图：只有 RT-shadow 没有阴影和只有 RT-shading 没有阴影？

标签： raytracing shadow

【解决方案1】：

“正确”的解决方案是对三角形进行镶嵌，或者对三角形所属的曲面方程进行求解。我只看到了镶嵌。 Tessellation 为您提供可控的精度等等...
否则，您应该在该点测试法线（我相信“3DStudio”会这样做），如果法线没有面对光线，只需将该点设置为不亮。它与“自着色”无关。很容易这个问题只能通过镶嵌来解决。祝你好运！

【讨论】：

+1 仅用于细分到所需的精度 :-) 我曾经读到皮克斯细分为亚像素三角形，这应该完全消除了插入法线的需要。这并不容易，但也不是黑客。
对于这样一个小问题，镶嵌听起来非常昂贵。如果您根据法线弯曲曲面并从该点射出阴影光线，您将获得完美的结果。使用曲面细分来解决难题，例如置换贴图。
@sapanoia：对于这种特殊情况是的，但你会打赌更扭曲的一个吗？无论如何，我同意你的观点，对于简单的情况，可以使用更简单的解决方案。（顺便说一句，“弯曲表面”是指法线的插值还是更复杂的东西？）
@avp：我想我的想法最终需要求解曲面方程。但是，这可能太昂贵了，这可能是通常实施镶嵌的原因。

【解决方案2】：

我不确定我是否正确理解了您的问题。很难获得通过哪种方法获得哪个版本/结果以及您获得什么结果认为正确。

当你需要威胁shadowray与三角形的交点时，不是这样吗？红点 ;-) 是特例。你不做几何相交，就像任何其他三角形一样，但只有插值法线和阴影线之间的方向检查。

或者在更一般的意义上，你说 shadowray 停止在一个三角形，任何三角形，当： a) 它们相交并且 b) 三角形在交点处的插值法线方向与 shadowray 方向相反。

【讨论】：

嗨！我认为平滑的 3dsmax 结果是正确的，并且希望得到相同的结果。不幸的是，我不能只将当前三角形视为特例。如果当前三角形背对光源，那么shadowray会被射到我的物体上，因为它要进去，所以它必须再次出去，所以离开物体时它会碰到另一个三角形
为什么还要考虑对象内部与三角形的交点？无论如何，我用更通用的方法更新了我的答案。对不起。我已经很久没有编写这些东西了。
如果我在投射阴影光线时不考虑背面多边形，那么例如一个平面就不能将阴影投射到另一个平面上
但是对于平滑的对象，它会更加复杂，如您所见......平面可以有一些特殊的两侧表面标志，或者可以简单地由两个面向相反方向的平面组成。
这听起来像个 hack.. 必须有一些普遍有效的技术来处理这个问题

【解决方案3】：

如何做到这一点：如果该点处的内插法线朝向灯光，则该表面可能朝向灯光。如果背对着你，你就在阴影中。

在第一种情况下，会导致阴影的两件事是其他物体，如果你是凹物体，你自己。在其他对象中很容易。

现在以你自己为例，当你将光线投射到光源时，如果你真的是“内凸点”，你会在进入时击中自己两次，然后离开物体，从而进入阴影。

如果您单次击中自己，那么您必须位于光线照射的边缘，但正如我们所知，此时我们正面对光线（通过平滑法线），这意味着我们没有被阴影覆盖。

【讨论】：

以上假设您没有对光源的对象进行背面剔除。如果你这样做了，那么就不会有交叉点。我认为这是 Tomek 的观点。

【解决方案4】：

Mat，我相信你的问题可能是你的阴影光线照射到它起源的同一个三角形，因为它非常接近切线（注意它恰好发生在光影过渡的边界上）。有两种方法可以解决这个问题：一种方法是使用“偏差”来测试与射线原点的距离，但我认为更好的解决方案是使用射线存储对原始三角形的引用。如果您对这个三角形进行测试，只需忽略它。

如果您碰巧使用了 BVH 之类的空间索引，那么您可以在进行任何相交测试之前尝试跳出包含三角形的“框”，但这比前面提到的方法要简单，必须使用更加小心。

【讨论】：

【解决方案5】：

在发射阴影射线时，在光源方向上稍微移动交叉点是正常的。

即shadowRay.dir = shadowRay.dir * 0.0001

这样可以避免阴影光线与主光线/反射光线/折射光线相交。

也许你的问题是因为你没有这样做？

【讨论】：