Refração no Raytracing?
Eu tenho trabalhado no meu raytracer novamente. Eu adicionei reflexão e suporte multithreading. Atualmente, estou trabalhando para adicionar refrações, mas é apenas metade do trabalho.
Como você pode ver, há uma esfera central (sem destaque especular), uma esfera refletora (à direita) e uma esfera refratária (esquerda). Estou muito feliz com as reflexões, parece muito bom. Para refrações, está meio que funcionando ... a luz é refratada e todas as sombras das esferas são visíveis na esfera (índice de refração 1.4), mas existe um anel preto externo.
EDIT: Aparentemente, o anel preto fica maior e, portanto, a esfera menor, quando eu aumento o índice de refração da esfera. Pelo contrário, ao diminuir o índice de refração, a esfera aumenta e o anel preto diminui ... até que, com o índice de refração definido como um, o anel desaparece totalmente. IOR = 1,9 IOR = 1,1 IOR = 1.00001 E, curiosamente, em IOR = 1, a esfera perde sua transparência e fica branca.
Acho que cobri a reflexão interna total e não é o problema aqui.
Agora o código: estou usando ooperator |
para produto escalar, então(vec|vec)
é um produto escalar e ooperator ~
inverter vetores. Os objetos, tanto as luzes quanto as esferas, são armazenados emObject **objects;
. Função Raytrace
Colour raytrace(const Ray &r, const int &depth)
{
//first find the nearest intersection of a ray with an object
Colour finalColour = skyBlue *(r.getDirection()|Vector(0,0,-1)) * SKY_FACTOR;
double t, t_min = INFINITY;
int index_nearObj = -1;
for(int i = 0; i < objSize; i++)
{
if(!dynamic_cast<Light *>(objects[i]))//skip light src
{
t = objects[i]->findParam(r);
if(t > 0 && t < t_min)
{
t_min = t;
index_nearObj = i;
}
}
}
//no intersection
if(index_nearObj < 0)
return finalColour;
Vector intersect = r.getOrigin() + r.getDirection()*t_min;
Vector normal = objects[index_nearObj]->NormalAtIntersect(intersect);
Colour objectColor = objects[index_nearObj]->getColor();
Ray rRefl, rRefr; //reflected and refracted Ray
Colour refl = finalColour, refr = finalColour; //reflected and refracted colours
double reflectance = 0, transmittance = 0;
if(objects[index_nearObj]->isReflective() && depth < MAX_TRACE_DEPTH)
{
//handle reflection
rRefl = objects[index_nearObj]->calcReflectingRay(r, intersect, normal);
refl = raytrace(rRefl, depth + 1);
reflectance = 1;
}
if(objects[index_nearObj]->isRefractive() && depth < MAX_TRACE_DEPTH)
{
//handle transmission
rRefr = objects[index_nearObj]->calcRefractingRay(r, intersect, normal, reflectance, transmittance);
refr = raytrace(rRefr, depth + 1);
}
Ray rShadow; //shadow ray
bool shadowed;
double t_light = -1;
Colour localColour;
Vector tmpv;
//get material properties
double ka = 0.2; //ambient coefficient
double kd; //diffuse coefficient
double ks; //specular coefficient
Colour ambient = ka * objectColor; //ambient component
Colour diffuse, specular;
double brightness;
localColour = ambient;
//look if the object is in shadow or light
//do this by casting a ray from the obj and
// check if there is an intersection with another obj
for(int i = 0; i < objSize; i++)
{
if(dynamic_cast<Light *>(objects[i])) //if object is a light
{
//for each light
shadowed = false;
//create Ray to light
tmpv = objects[i]->getPosition() - intersect;
rShadow = Ray(intersect + (!tmpv) * BIAS, tmpv);
t_light = objects[i]->findParam(rShadow);
if(t_light < 0) //no imtersect, which is quite impossible
continue;
//then we check if that Ray intersects one object that is not a light
for(int j = 0; j < objSize; j++)
{
if(!dynamic_cast<Light *>(objects[j]) && j != index_nearObj)//if obj is not a light
{
t = objects[j]->findParam(rShadow);
//if it is smaller we know the light is behind the object
//--> shadowed by this light
if (t >= 0 && t < t_light)
{
// Set the flag and stop the cycle
shadowed = true;
break;
}
}
}
if(!shadowed)
{
rRefl = objects[index_nearObj]->calcReflectingRay(rShadow, intersect, normal);
//reflected ray from ligh src, for ks
kd = maximum(0.0, (normal|rShadow.getDirection()));
if(objects[index_nearObj]->getShiny() <= 0)
ks = 0;
else
ks = pow(maximum(0.0, (r.getDirection()|rRefl.getDirection())), objects[index_nearObj]->getShiny());
diffuse = kd * objectColor;// * objects[i]->getColour();
specular = ks * objects[i]->getColor();
brightness = 1 /(1 + t_light * DISTANCE_DEPENDENCY_LIGHT);
localColour += brightness * (diffuse + specular);
}
}
}
finalColour = localColour + (transmittance * refr + reflectance * refl);
return finalColour;
}
Agora, a função que calcula o raio refratado, usei vários sites diferentes para obter recursos, e cada um tinha algoritmos semelhantes. Este é o melhor que pude fazer até agora. Pode ser apenas um pequeno detalhe que não estou vendo ...
Ray Sphere::calcRefractingRay(const Ray &r, const Vector &intersection,Vector &normal, double & refl, double &trans)const
{
double n1, n2, n;
double cosI = (r.getDirection()|normal);
if(cosI > 0.0)
{
n1 = 1.0;
n2 = getRefrIndex();
normal = ~normal;//invert
}
else
{
n1 = getRefrIndex();
n2 = 1.0;
cosI = -cosI;
}
n = n1/n2;
double sinT2 = n*n * (1.0 - cosI * cosI);
double cosT = sqrt(1.0 - sinT2);
//fresnel equations
double rn = (n1 * cosI - n2 * cosT)/(n1 * cosI + n2 * cosT);
double rt = (n2 * cosI - n1 * cosT)/(n2 * cosI + n2 * cosT);
rn *= rn;
rt *= rt;
refl = (rn + rt)*0.5;
trans = 1.0 - refl;
if(n == 1.0)
return r;
if(cosT*cosT < 0.0)//tot inner refl
{
refl = 1;
trans = 0;
return calcReflectingRay(r, intersection, normal);
}
Vector dir = n * r.getDirection() + (n * cosI - cosT)*normal;
return Ray(intersection + dir * BIAS, dir);
}
EDIT: Eu também alterei o índice de refração.
if(cosI > 0.0)
{
n1 = 1.0;
n2 = getRefrIndex();
normal = ~normal;
}
else
{
n1 = getRefrIndex();
n2 = 1.0;
cosI = -cosI;
}
para
if(cosI > 0.0)
{
n1 = getRefrIndex();
n2 = 1.0;
normal = ~normal;
}
else
{
n1 = 1.0;
n2 = getRefrIndex();
cosI = -cosI;
}
Então eu entendo isso, e quase o mesmo (ainda de cabeça para baixo) com um índice de refração em 1! E o cálculo da reflexão:
Ray Sphere::calcReflectingRay(const Ray &r, const Vector &intersection, const Vector &normal)const
{
Vector rdir = r.getDirection();
Vector dir = rdir - 2 * (rdir|normal) * normal;
return Ray(intersection + dir*BIAS, dir);
//the Ray constructor automatically normalizes directions
}
Então, minha pergunta é: como faço para corrigir o círculo preto externo? Qual versão está correta?
A ajuda é muito apreciada :)
Isso é compilado no Linux usando o g ++ 4.8.2.