光线追踪 - 如何结合漫反射和镜面反射颜色?

时间:2013-03-25 16:24:42

标签: graphics 3d raytracing

我一直在阅读有关光线追踪和阴影的大量文章,但我的光线追踪图像看起来并不太好。我在谈论镜面高光附近非常明亮的绿色区域。结果绿色在这里最大化,看起来像。 如何调整颜色和/或阴影计算以使其看起来正确?

(别介意愚蠢的代码,我只是想先把原则弄清楚。)

以下是它的外观:

enter image description here

这里只是漫反射组件:

enter image description here

这是仅镜面反射分量:

enter image description here

编辑:将漫反射更改为颜色diffuseColor = ColorMake(0.0f,0.6f,0.0f); 然后图像看起来像这样:

enter image description here

Point lightPosition = PointMake(-100.0f, 100.0f, -100.0f);
Color diffuseColor  = ColorMake(0.0f, 1.0f, 0.0f);
Color specularColor = ColorMake(1.0f, 1.0f, 1.0f);
Color pixelColor    = ColorMake(0.0f, 0.0f, 0.0f);

//  Trace...

            // Diffuse
            Point intersectionPosition = PointMake(x, y, z);
            Vector intersectionNormal = VectorMake((x - xs) / rs, (y - ys) / rs, (z - zs) / rs);
            Vector intersectionNormalN = VectorNormalize(intersectionNormal);
            Vector lightVector          = VectorSubtract(lightPosition, intersectionPosition);
            VectorlightVectorN         = VectorNormalize(lightVector);
            float      cosTheta        = VectorDotProduct(intersectionNormalN, lightVectorN);
            if (cosTheta < 0.0f)
            {
                cosTheta = 0.0f;
            }

            pixelColor = ColorMultScalar(diffuseColor, cosTheta);

            // Specular
            Vector incomVector    = VectorSubtract(intersectionPosition, lightPosition);
            Vector incomVectorN   = VectorNormalize(incomVector);

            float myDot = - VectorDotProduct(incomVectorN, intersectionNormalN);
            float myLen = 2.0f * myDot;

            Vector tempNormal     = VectorMultScalar(intersectionNormalN, myLen);
            Vector reflectVector  = VectorAdd(tempNormal, incomVectorN);
            Vector reflectVectorN = VectorNormalize(reflectVector);

            float mySpec = MAX(-VectorDotProduct(reflectVectorN, incomVectorN), 0);
            mySpec       = powf(mySpec, 5);

            specularColor = ColorMultScalar(specularColor, mySpec);
            pixelColor    = ColorAdd(pixelColor, specularColor);
            pixelColor    = ColorClamp(pixelColor);

            [self putPixelatX:i andY:j andR:pixelColor.r andG:pixelColor.g andB:pixelColor.b];

4 个答案:

答案 0 :(得分:7)

问题是,当您计算球体的漫反射颜色时,您已经拥有1个或非常接近1的小像素区域(在绿色通道中)。将“phong”组件(其中所有通道中的值接近1)相加,得到的像素区域> = 1.然后,当您将颜色值钳位为1时,该区域>&gt; = 1引人注目。

您可以使用图片编辑程序对此进行测试,并对两个图层(漫反射层上方的phong图层)进行“添加”叠加。这给出了您看到的结果 - 以及预期的结果。

您可以通过多种措施来避免此问题:

  1. 你可以稍微调暗光源,即用余弦计算的漫反射强度乘以亮度 - 比如0.8或0.7。
  2. 您可以限制球体的颜色饱和度(绿色),使其不那么绿;)
  3. 使用色调映射运算符将像素的颜色值标准化为[0..1]范围 - 但该主题非常广泛 - 维基百科可能会给出一个很好的介绍。你甚至不必全力以赴,因为非基于物理的渲染更简单的色调映射运算符可能就足够了,并产生令人愉悦的结果。
  4. 我的光线追踪实验可以追溯到几年前,但你可以试试这些。


    更新1:

    我注意到的一件事是,当你对输出图像进行伽马校正时 - 效果不太明显;) - 好吧,这有点不完整。

    最终的解决方案是使用另一种着色模型:Wikipedia on Specular highlight


    更新2:

    一个实际的解决方案是计算最终像素颜色的phong贡献(即你的变量mySpec)。我的想法是只使用漫反射组件的一部分,其中镜面反射实际上不是0,也就是说,如果你有一些镜面反射组件,你实际上并没有看到漫反射组件太多(或根本没有)所以它可以是调整为:

    float diffuseContrib = 1.f - mySpec;
    

    这应该看起来不错,但我不确定正确实际上是如何:)。

    但请注意;这假设您的镜面反射和漫反射组件在[0..1]范围内。

    我的结果是这样的:

    diffuse contribution calculated using the specular contribution

答案 1 :(得分:6)

这长期以来一直是&#34;镜面+漫反射+环境&#34;的问题。照明模型。也就是说,它是一个黑客,因此,无法保证正确性。

如果您首先热衷于巩固基础知识,请查看优秀的图书&#34;基于物理的光线跟踪&#34;作者:Matt Pharr和Greg Humphreys。

答案 2 :(得分:1)

您应该阅读Blinn/Phong model。这里有一些示例着色器片段代码。 基本上,您可以使用各自的角度缩放单个组件(环境,漫反射,镜面反射项)并将它们相加。

varying vec3 N;
varying vec3 v;    
void main (void)  
{  
   vec3 L = normalize(gl_LightSource[0].position.xyz - v);   
   vec3 E = normalize(-v); // we are in Eye Coordinates, so EyePos is (0,0,0)  
   vec3 R = normalize(-reflect(L,N));  

   //calculate Ambient Term:  
   vec4 Iamb = gl_FrontLightProduct[0].ambient;    

   //calculate Diffuse Term:  
   vec4 Idiff = gl_FrontLightProduct[0].diffuse * max(dot(N,L), 0.0);
   Idiff = clamp(Idiff, 0.0, 1.0);     

   // calculate Specular Term:
   vec4 Ispec = gl_FrontLightProduct[0].specular 
                * pow(max(dot(R,E),0.0),0.3*gl_FrontMaterial.shininess);
   Ispec = clamp(Ispec, 0.0, 1.0); 
   // write Total Color:  
   gl_FragColor = gl_FrontLightModelProduct.sceneColor + Iamb + Idiff + Ispec;     
}

取自:http://www.opengl.org/sdk/docs/tutorials/ClockworkCoders/lighting.php

答案 3 :(得分:1)

为什么不做(光+环境)*漫反射+镜面反射?即在将光照和阴影与漫反射相乘后添加镜面反射分量?这将给出明确的重点。