光线追踪 - 柔和的阴影

Question

我正在将自己的光线追踪器用作学校项目的iPad应用程序。目前这是结果：

我需要添加最后一个要求，软阴影，但我无法在任何地方找到完整的参考。如果我理解得很好，为了实现这个功能，我必须从交叉点射击许多光线到光源。这一个必须是区域灯。假设我使用了一个球体，我的问题是：

• 我必须使用哪个点来计算阴影射线？
• 我如何平均结果？

Answer 1

您正站在具有局部表面法线N的点P处，并且需要找出来自球形光源L的照明，其中心C悬挂在地平线上方，均匀且愉快地在可见频率上辐射能量。要获得柔和阴影，您需要向L上的不同点发送多个遮挡探测器光线（阴影衰减器），但让我们做的不仅仅是这样。

图片清楚地表明，直射光只能从半球H _F 到达P，所以它是你必须采样的球体的唯一部分 - 发送shadowfeelers到 - 准确地评估L对P的照度的贡献。然而，虽然在球体上生成点很简单，但是在这里我们只有一个半球不必与任何世界坐标轴对齐，这使得数学变得复杂。但真正的问题在于其他地方 - 如果我们统一地采样H _F ，我们将对其面向P头的部分以及几乎横向的部分给予相同的处理。这是一种浪费，将计算重点放在向P发送更多能量的区域上会更好。

我们快速观察一下，所有这些影子传感器实际上是针对与L共用中心的光盘D（即L的大圆），并且与连接P和C的线正交。

这意味着我们不是在H _F 上生成点，而是在盘D上生成它们，这不仅更简单，而且 - 假设D上的均匀点分布保证了shadowfeeler H _F 上的密度将与区域的潜在贡献成正比，很好地解决了我们上面的问题。

另一种看待这种情况的方法是，你需要在一个圆锥体内生成光线，其中P为顶点，D为基底。

总结一下：

1. 假设从L到P的一些总光量E可以基于L和P之间的距离，L在P上的角展度，或者更复杂的东西。
2. 从P向光盘D生成一组M个随机均匀阴影射线。
3. 如果射线R在击中L之前与任何物体相交，则沿该路径没有能量传递。
4. 否则：
   • 将E / M乘以P处的法向量N的点积和（归一化的）R，
   • 将结果添加到目前为止传输的光线中。
5. 重复所有M光线。

TO DO：优化（检测L是否在局部视界下完全/部分，通过L在P上的角展度改变M，使用分层和/或自适应采样，缓存封堵器命中等）。

PS。上面做了大量的假设和简化，并且光度测量不正确，但应该用于iPad射线追踪器。