在光线追踪器中实现软阴影

Question

我想做的是在我用 C++ 开发的简单光线追踪器中实现软阴影。如果我理解正确的话，这背后的想法是向光线发射多条光线，而不是向光线中心发射一条光线，然后对结果进行平均。因此，光线在光线的不同位置被射出。到目前为止，我使用的是随机点，我不知道它是否正确，或者我是否应该使用规则分布在光面上的点。假设我做得对，我会在灯光上选择一个随机点，在我的框架中将其实现为一个球体。这是由：

Vec3<T> randomPoint() const
{
    T x;
    T y;
    T z;

    // random vector in unit sphere
    std::random_device rd; //used for the new <random> library
    std::mt19937 gen(rd());
    std::uniform_real_distribution<> dis(-1, 1);

    do
    {
        x = dis(gen);
        y = dis(gen);
        z = dis(gen);


    } while (pow(x, 2) + pow(y, 2) + pow(z, 2) > 1);        // simple rejection sampling

    return center + Vec3<T>(x, y, z) * radius;
}

在此之后，我不知道我应该如何移动，因为我的渲染方程（在我的简单光线追踪器中）定义如下：

Vec3<float> surfaceColor = 0
for(int i < 0; i < lightsInTheScene.size(); i++){
    surfaceColor += obj->surfaceColor * transmission *
    std::max(float(0), nHit.dot(lightDirection)) * g_lights[i]->emissionColor;
}
return surfaceColor + obj->emissionColor;

其中 transmission 是一个简单的浮点数，它设置为 0，以防从我的 hitPoint 到 lightCenter 的光线用于在中间找到一个对象。

所以，我尝试做的是：

• 向灯光上的随机点创建多条光线
• 计算他们中有多少人撞到了路上的物体​​并记住了这个数字

为简单起见：假设在我的情况下，我从我的点向灯光上的随机点射出 3 条阴影光线。 3 条光线中只有 2 条到达光线。因此，我的像素的最终颜色将是 = color * shadowFactor 其中 shadowFactor = 2/3。在我的等式中，我删除了 transmission 因子（现在是错误的），我使用 shadowFactor 代替。问题是在我的等式中我有：

 std::max(float(0), nHit.dot(lightDirection))

我不知道如何更改，因为我不再有指向灯光中心的 lightDirection。你能帮我理解我应该做什么以及到目前为止有什么问题吗？提前致谢！

Answer 1

您应该针对拾取的光样本评估整个 BRDF。然后，您还将获得光的方向（从对象位置到拾取的光样本的矢量）。你可以平均这些结果。请注意，大多数区域光具有非各向同性的发光特性（即从一个点发出的光量因出射方向而异）。

平均可见性不会产生正确的结果（尽管它们通常在视觉上是合理的）。