Блог

Я пишу трассировщик лучей с нуля. Примером является рендеринг двух сфер с использованием обнаружения пересечения лучей и сфер. Когда сферы расположены близко к центру экрана, они выглядят нормально. Однако, когда я перемещаю камеру или регулирую положение сфер так, чтобы они были ближе к краю, они искажаются.

Это код преобразования лучей:

 void Renderer::RenderThread(int start, int span)
{

    // pCamera holds the position, rotation, and fov of the camera
    // pRenderTarget is the screen to render to

    // calculate the camera space to world space matrix
    Mat4 camSpaceMatrix = Mat4::Get3DTranslation(pCamera->position.x, pCamera->position.y, pCamera->position.z) *
        Mat4::GetRotation(pCamera->rotation.x, pCamera->rotation.y, pCamera->rotation.z);

    // use the cameras origin as the rays origin
    Vec3 origin(0, 0, 0);
    origin = (camSpaceMatrix * origin.Vec4()).Vec3();

    // this for loop loops over all the pixels on the screen
    for ( int p = start; p < start   span;   p ) {

        // get the pixel coordinates on the screen
        int px = p % pRenderTarget->GetWidth();
        int py = p / pRenderTarget->GetWidth();

        // in ray tracing, ndc space is from [0, 1]
        Vec2 ndc((px   0.75f) / pRenderTarget->GetWidth(), (py   0.75f) / pRenderTarget->GetHeight());

        // in ray tracing, screen space is [-1, 1]
        Vec2 screen(2 * ndc.x - 1, 1 - 2 * ndc.y);

        // scale x by aspect ratio
        screen.x *= (float)pRenderTarget->GetWidth() / pRenderTarget->GetHeight();

        // scale screen by the field of view
        // fov is currently set to 90
        screen *= tan((pCamera->fov / 2) * (PI / 180));

        // screen point is the pixels point in camera space,
        // give a z value of -1
        Vec3 camSpace(screen.x, screen.y, -1);
        camSpace = (camSpaceMatrix * camSpace.Vec4()).Vec3();

        // the rays direction is its point on the cameras viewing plane
        // minus the cameras origin
        Vec3 dir = (camSpace - origin).Normalized();

        Ray ray = { origin, dir };

        // find where the ray intersects with the spheres
        // using ray-sphere intersection algorithm
        Vec4 color = TraceRay(ray);
        pRenderTarget->PutPixel(px, py, color);
    }

}
  

Поле обзора установлено на 90. Я видел, где у других людей была эта проблема, но это было потому, что они использовали очень высокое значение поля обзора. Я не думаю, что должны быть проблемы с 90. Эта проблема сохраняется, даже если камера вообще не перемещается. Любой объект, расположенный близко к краю экрана, выглядит искаженным.

Если вы сомневаетесь, вы всегда можете проверить, что делают другие средства визуализации. Я всегда сравниваю свои результаты и настройки с Blender. Например, Blender 2.82 имеет поле зрения по умолчанию 39,6 градусов.

Я также склонен указать, что это неправильно:

  Vec2 ndc((px   0.75f) / pRenderTarget->GetWidth(), (py   0.75f) / pRenderTarget->GetHeight());
  

Если вы хотите получить центр пикселя, то он должен быть 0.5f :

  Vec2 ndc((px   0.5f) / pRenderTarget->GetWidth(), (py   0.5f) / pRenderTarget->GetHeight());
  

Кроме того, и это действительно придирчивая вещь, ваши интервалы — это открытые интервалы, а не закрытые (как вы упомянули в комментариях к источнику).) Координаты плоскости изображения никогда не достигают 0 или 1, а пространственные координаты вашей камеры никогда не равны полностью -1 или 1. В конце концов, координаты плоскости изображения преобразуются в пиксельные координаты, остается замкнутый интервал [0, ширина) и [0, высота).

Удачи с вашим трассировщиком лучей!