Question

我目前正在制作光线跟踪器，只是为了好玩而且我在折射处理方面遇到了麻烦。

可以找到整个光线跟踪器的代码源on Github。

这是渲染的图像：

$Refraction bug$

右侧球体的折射率为1.5（玻璃）。

在折射之上，我想处理一个“透明度”系数，其定义如下：

0 - ＆gt;对象是100％不透明
1 - ＆gt;对象是100％透明的（没有原始对象颜色的痕迹）

此球体的透明度为1.

以下是处理折射部分的代码。它可以找到on github here。

Color handleTransparency(const Scene& scene,
                         const Ray& ray,
                         const IntersectionData& data,
                         uint8 depth)
{
  Ray refracted(RayType::Transparency, data.point, ray.getDirection());
  Float_t eta = data.material->getRefraction();

  if (eta != 1 && eta > Globals::Epsilon)
    refracted.setDirection(Tools::Refract(ray.getDirection(), data.normal, eta));
  refracted.setOrigin(data.point + Globals::Epsilon * refracted.getDirection());
  return inter(scene, refracted, depth + 1);
}

// http://graphics.stanford.edu/courses/cs148-10-summer/docs/2006--degreve--reflection_refraction.pdf
Float_t getFresnelReflectance(const IntersectionData& data, const Ray& ray)
{
  Float_t n = data.material->getRefraction();
  Float_t cosI = -Tools::DotProduct(ray.getDirection(), data.normal);
  Float_t sin2T = n * n * (Float_t(1.0) - cosI * cosI);

  if (sin2T > 1.0)
    return 1.0;

  using std::sqrt;
  Float_t cosT = sqrt(1.0 - sin2T);
  Float_t rPer = (n * cosI - cosT) / (n * cosI + cosT);
  Float_t rPar = (cosI - n * cosT) / (cosI + n * cosT);
  return (rPer * rPer + rPar * rPar) / Float_t(2.0);
}

Color handleReflectionAndRefraction(const Scene& scene,
                                    const Ray& ray,
                                    const IntersectionData& data,
                                    uint8 depth)
{
  bool hasReflexion = data.material->getReflexion() > Globals::Epsilon;
  bool hasTransparency = data.material->getTransparency() > Globals::Epsilon;

  if (!(hasReflexion || hasTransparency) || depth >= MAX_DEPTH)
    return 0;

  Float_t reflectance = data.material->getReflexion();
  Float_t transmittance = data.material->getTransparency();

  Color reflexion;
  Color transparency;

  if (hasReflexion && hasTransparency)
  {
    reflectance = getFresnelReflectance(data, ray);
    transmittance = 1.0 - reflectance;
  }

  if (hasReflexion)
    reflexion = handleReflection(scene, ray, data, depth) * reflectance;

  if (hasTransparency)
    transparency = handleTransparency(scene, ray, data, depth) * transmittance;

  return reflexion + transparency;
}

Tools::Refract只是在内部调用glm::refract。（如果我愿意，我可以轻松改变）

我不处理n1和n2的概念：n2被认为永远是1代表空气。

我有什么明显的东西吗？

修改

在添加一种方法来了解光线是否在一个物体内（如果是这样的话，否定正常光线）我有这个：

$Refraction problem$

在环顾四周找到帮助时，我偶然发现this帖子，但我认为答案没有回答。通过阅读它，我不明白我应该做什么。

编辑2

我已经尝试了很多东西，目前我正处于这个阶段：

它更好，但我仍然不确定它是否正确。我正在使用这个图像作为灵感：

但这个是使用两个折射率（更接近现实），而我想简化并始终将空气视为第二种（进出）材料。

我在代码中实质上改变的是：

inline Vec_t Refract(Vec_t v, const IntersectionData& data, Float_t eta)
{
  Float_t n = eta;

  if (data.isInside)
    n = 1.0 / n;
  double cosI = Tools::DotProduct(v, data.normal);

  return v * n - data.normal * (-cosI + n * cosI);
}

以下是同一领域的另一种观点：

Answer 1

编辑：我认为以前的版本并不完全正确所以我编辑了答案。

在阅读完所有评论，问题的新版本并自己做一些实验后，我制作了以下版本的refract例程：

float3 refract(float3 i, float3 n, float eta)
{
    eta = 2.0f - eta;
    float cosi = dot(n, i);
    float3 o = (i * eta - n * (-cosi + eta * cosi));
    return o;
}

这次调用它不需要任何额外的操作：

float3 refr = refract(rayDirection, normal, refrIdx);

我唯一不确定的是在进行内部光线交叉时反射折射率。在我的测试中，无论我是否反转了索引，所产生的图像都没有多大差异。

下面有一些不同指数的图像：

有关更多图片，请参阅link，因为该网站不允许我在此处添加更多图片。

Answer 2

我作为一名物理学家而不是程序员回答这个问题，因为没有时间阅读所有代码，所以不会给代码执行修复只是一般的想法。

根据你上面所说的，黑环是指当n_object小于n_air时。如果你在一个物体里面，如果你在水里面或类似的东西，但是材料已经被构造成具有类似的奇怪属性并且它应该得到支持，那么这通常都是正确的。

在这种情况下，存在不能衍射的光线，因为衍射光谱将折射光线放在材料之间的界面的相同侧，这显然不具有衍射作用。在这种情况下，表面将会像它是一个反射表面。这种情况通常被称为全内反射。

如果完全精确，那么几乎所有的折射物体也会部分反射，反射或透射（因此折射）的光的比例由Fresnel equations给出。对于这种情况，尽管它仍然是一个很好的近似，只要处理是反射，如果角度太远和传输（因此折射）否则。

如果无法进行反射（由于它在那些方向上是暗的），也有可能看到这种黑环效应的情况，但是可以传输的光。这可以通过以下方式来完成：将一根卡紧紧地贴在物体的边缘上并直接指向远处，并且只在管内发光，而不是在外面。

如何正确处理光线追踪中的折射

2 个答案: