光线跟踪器中景深实现的参考？

Question

我有一个基本的光线跟踪器，我想实现景深。请你 推荐我可以使用的资源，书籍和代码？

由于

Answer 1

我从本页的一些信息中得出结论：http://cg.skeelogy.com/depth-of-field-using-raytracing/，特别是底部附近的图表。我认为我做的与它的显示方式有所不同，但这个概念非常简单。

我可以解释发生了什么以及如何实现它的一般概念（我试着简明扼要）。光线从所有方向（一般来说）反射出任何给定点，因此它实际上不是在渲染点和你的眼睛之间的单一光线，它是一个光锥离开渲染点和向眼睛扩展。您的眼睛/相机的镜头将倾向于弯曲这些光线，使锥体停止扩张并再次开始收缩。为了使事物完全聚焦，锥体应收缩到视网膜/框架上的一个点，但这只能在距离镜片一个特定距离处起作用：由焦平面指示的距离＆＃34;在引用的页面中（虽然我认为它应该是一个以眼睛为中心的球体，而不是一个平面）。

对于焦平面前方的任何物体，光锥将更加弯曲：它将聚焦到视网膜/框架前方的一个点，然后再次开始扩展，所以当它到达框架时，它不再是一个点，而是一个圆圈。类似地，对于焦平面后面的点，锥体将弯曲得更少，并且当它到达框架时还不会收敛到一个点。在这两种情况下，效果都是单个点是场景最终被涂抹在多个像素上。

为了实现，您可以将这个想法转变为它的头部：不是将场景中的每个点渲染到几个像素，而是可以将几个附近点渲染到单个像素，这当然是什么真的会发生，因为＆＃34;涂抹了＆＃34;相邻点的光圈最终会重叠，因此每个光圈都会产生一个像素。

所以我的实施方式如下：

首先，定义光圈：眼睛上的平面区域中心，与视网膜/框架平行。光圈越大，DOF效果越明显。光圈通常只是圆形，在这种情况下，它很容易通过半径来定义。其他形状可能会导致不同的灯光效果。

还要定义焦距＃34;。我并不认为它实际上是正确的术语，但它与眼睛的距离完全是焦点。

渲染每个像素：

1. 首先将一条正常的光线从眼睛通过像素投射到场景中。但是，您只需要找到与眼睛的距离等于所选焦距的光线上的点，而不是将其与场景中的对象相交。将此点称为像素的焦点。
2. 现在在光圈上选择一个随机起点。对于圆形光圈，它非常简单，您可以选择随机极角和随机半径（不大于光圈的半径）。你希望在整个光圈上均匀分布，不要试图将它偏向中心或任何东西。
3. 通过焦点从光圈上的选定点投射光线。请注意，它不一定会通过相同的像素，这没关系。
4. 以通常的方式渲染此光线（例如，路径追踪，或只是找到最近的交点等）。
5. 重复步骤2,3和4一些次数，每次在光圈上使用不同的随机起点，但始终将其投射通过焦点。总结所有光线的渲染颜色值，并将其用作此像素的值（通常情况下，如果需要，除以恒定的衰减系数）。

每个像素使用的光线越多，质量就越好。我每个像素使用大约150条光线来获得不错的但不是很好的质量。你可以看到效果很少（比如50或60条光线）​​，但是更少的光线会在图像中产生颗粒感，特别是对于非常失焦的东西。您需要的光线数量也取决于光圈尺寸：较小的光圈不会需要尽可能多的光线，但您不会获得尽可能多的模糊效果。

显然，你通过这样做大大增加了你的工作量，实质上是将它乘以每个像素的光线数量，所以如果你在光线跟踪器中有任何优化，那么现在是时候了。做到这一点。如果您碰巧有多个处理器，那么好消息是，一旦找到像素的焦点，就会出现令人尴尬的平行。

多一点解释

下面的图片可以让您了解发生了什么，以及为什么它与眼睛或相机中真正发生的情况相同。它显示了两个正在渲染的像素，一个像素用红色表示，另一个像素用蓝色表示。虚线从眼睛穿过每个像素延伸到焦点＆＃34;平面＆＃34;是你在开始时投射的光线，以确定像素的焦点。半透明锥体指示可以随机选择以呈现每个像素的完整光线组（像素-1的红色圆锥，像素2的蓝色圆锥）。请注意，由于所有光线都通过焦点，因此每个光锥会聚到恰好在焦点处的点。

锥体的重叠区域表示场景中可能最终被渲染到像素-1和像素-2的点：换句话说，被抹掉。由于每个圆锥是焦点＆＃34;平面上的一个点，因此这里的圆锥之间没有重叠，因此此距离处的点仅渲染到单个像素：它们完全对焦。同时，你越远离焦点飞机＆＃34; （向前或向后），锥体展开的越多，因此锥体在任何给定点处都会重叠。因此，非常接近或非常远的点将倾向于渲染到大量不同的像素，因此它们将非常失焦。