为什么我的镜面高光是椭圆的？答案

【问题标题】：Why are my specular highlights elliptical?为什么我的镜面高光是椭圆的？
【发布时间】：2017-07-27 14:39:47
【问题描述】：

我认为这些应该是循环的。我认为我的法线有问题，但我没有发现它们有任何问题。再说一次，为法线找到一个好的测试是很困难的。

这是图片：

这是我为每个灯光设置的着色代码，省略了反射的递归部分：

  lighting = ( hit.obj.ambient + hit.obj.emission );
  const glm::vec3 view_direction = glm::normalize(eye - hit.pos);
  const glm::vec3 reflection = glm::normalize(( static_cast<float>(2) * ( glm::dot(view_direction, hit.normal) * hit.normal ) ) - view_direction);
  for(int i = 0; i < numused; ++i)
    {

      glm::vec3 hit_to_light = (lights[i].pos - hit.pos);
      float dist = glm::length(hit_to_light);
      glm::vec3 light_direction = glm::normalize(hit_to_light);
      Ray lightray(hit.pos, light_direction);
      Intersection blocked = Intersect(lightray, scene, verbose ? verbose : false);
      if( blocked.dist >= dist)
        {
          glm::vec3 halfangle = glm::normalize(view_direction + light_direction);
          float specular_multiplier = pow(std::max(glm::dot(halfangle,hit.normal), 0.f), shininess);

          glm::vec3 attenuation_term = lights[i].rgb * (1.0f / (attenuation + dist * linear + dist*dist * quad));
          glm::vec3 diffuse_term = hit.obj.diffuse * ( std::max(glm::dot(light_direction,hit.normal) , 0.f) );
          glm::vec3 specular_term = hit.obj.specular * specular_multiplier;
        }
    }

这是我将对象空间法线转换为世界空间的线：

*norm = glm::normalize(transinv * glm::vec4(glm::normalize(p - sphere_center), 0));

使用完整的 phong 模型，而不是 blinn-phong，我得到泪珠高光：

如果我根据交点处的法线（的绝对值）对像素进行着色，我会得到以下图像（r = x，g = y，b = z）：

【问题讨论】：

如何转换法线？由于您可能从球体开始并对其进行非均匀缩放，因此您需要使用转置逆矩阵而不是常规变换矩阵（有关更多详细信息，请参阅this question）
我确实使用转置逆来转换法线，并且我使用的是glm::transpose(glm::inverse(object_transform))，所以我认为矩阵计算不正确。我会在这个问题中添加正常的转换线，以防万一那里出了问题。
虽然它可能仍然不是完整的解决方案，但您是否尝试过从 Blinn-Phong 模型（这只是一个近似值）迁移到完整的 Phong 模型，即将dot(halfangle,normal) 替换为dot(reflection,light_direction)？
刚刚添加了使用完整 phong 模型生成的图像，但是，正如您所想的，它并没有完全解决问题。
调试的下一步可能是法线的某种可视化，或者通过直接将它们映射到 RGB 值 ((value + 1) / 2) 或通过对环境贴图（即立方体map, ...) 使用法线并比较椭球的不同比例。不幸的是，如果没有更多信息，我无法提供任何更有帮助的猜测。如果您根本不缩放对象，高光是否有效？

标签： raytracing

【解决方案1】：

我已经解决了这个问题。事实证明，法线都只是稍微偏离了一点，但还不足以让法线着色的图像可以描绘出来。

我通过计算具有统一比例和平移的球体上的法线发现了这一点。

问题发生在我将法线转换为世界空间的那一行：

*norm = glm::normalize(transinv * glm::vec4(glm::normalize(p - sphere_center), 0));

我假设齐次坐标在变换后为 0，因为它事先为零（旋转和缩放不影响它，因为它是 0，所以平移也不能）。但是，由于矩阵是转置的，所以它不是0，所以最下面一行被逆平移填充，导致齐次坐标非零。

然后对 4 向量进行归一化，并将结果分配给 3 向量。 3-vector 的构造函数只是删除了最后一个条目，因此法线未归一化。

这是最终的图片：

【讨论】：