为什么我的路径跟踪代码不起作用？

Question

我一直在用纯Python编写一个pathtracer，只是为了好玩，而且由于我之前的着色并不太漂亮（Lambert's cosine law），所以我尝试实现递归路径跟踪。在

我的引擎输出失败：

我的路径跟踪函数是递归定义的，如下所示：

def TracePath2(ray, scene, bounce_count):
  result = 100000.0
  hit = False

  answer = Color(0.0, 0.0, 0.0)

  for object in scene.objects:
    test = object.intersection(ray)

    if test and test < result:
      result = test
      hit = object

  if not hit:
    return answer

  if hit.emittance:
    return hit.diffuse * hit.emittance

  if hit.diffuse:
    direction = RandomDirectionInHemisphere(hit.normal(ray.position(result)))

    n = Ray(ray.position(result), direction)
    dp = direction.dot(hit.normal(ray.position(result)))
    answer += TracePath2(n, scene, bounce_count + 1) * hit.diffuse * dp

  return answer

我的场景（我制作了一个自定义的XML描述格式）是：

^{pr2}$

我很确定我的引擎有一些根本的缺陷，但我就是找不到它。。。在

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这是我新的ish跟踪函数：

def Trace(ray, scene, n):
  if n > 10: # Max raydepth of 10. In my scene, the max should be around 4, since there are only a few objects to bounce off, but I agree, there should be a cap.
    return Color(0.0, 0.0, 0.0)

  result = 1000000.0 # It's close to infinity...
  hit = False

  for object in scene.objects:
    test = object.intersection(ray)

    if test and test < result:
      result = test
      hit = object

  if not hit:
    return Color(0.0, 0.0, 0.0)

  point = ray.position(result)

  normal = hit.normal(point)
  direction = RandomNormalInHemisphere(normal) # I won't post that code, but rest assured, it *does* work.

  if direction.dot(ray.direction) > 0.0:
    point = ray.origin + ray.direction * (result + 0.0000001) # We're going inside an object (for use when tracing glass), so move a tad bit inside to prevent floating-point errors.
  else:
    point = ray.origin + ray.direction * (result - 0.0000001) # We're bouncing off. Move away from surface a little bit for same reason.

  newray = Ray(point, direction)

  return Trace(newray, scene, n + 1) * hit.diffuse + Color(hit.emittance, hit.emittance, hit.emittance) # Haven't implemented colored lights, so it's a shade of gray for now.

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我非常确定路径跟踪代码是有效的，因为我手动投射了一些光线，得到了相当合理的结果。我现在遇到的问题是相机不能通过图像平面中的所有像素拍摄光线。我做这个代码是为了找到与像素相交的光线，但它不能正常工作：

origin = scene.camera.pos                 # + 0.5 because it      # 
                                          # puts the ray in the   # This calculates the width of one "unit"
                                          # *middle* of the pixel # 
worldX = scene.camera.focalplane.width - (x + 0.5)                * (2 * scene.camera.focalplane.width / scene.camera.focalplane.canvasWidth)
worldY = scene.camera.pos.y - scene.camera.focalplane.offset # Offset of the imaging plane is know, and it's normal to the camera's direction (directly along the Y-axis in this case).
worldZ = scene.camera.focalplane.height - (y + 0.5)               * (2 * scene.camera.focalplane.height / scene.camera.focalplane.canvasHeight)

ray = Ray(origin, (scene.camera.pos + Point(worldX, worldY, worldZ)).norm())

Answer 1

我的第一个问题是if test > result:应该是if test < result:？你要找的是最近的，不是最远的。在

第二，为什么要把direction*0.00001加到n = Ray(ray.position(result) + direction * 0.00001, direction)的命中点上？这会让你的新光线进入球体。我相信当你递归地调用TracePath2时，你乘以的点乘将是负数，这将有助于解释问题。在

编辑：更新的问题

这一行让我很困惑：answer += TracePath2(n, scene, bounce_count + 1) * hit.diffuse * dp。首先，answer将是Color(0.0, 0.0, 0.0)，所以您可以简单地return racePath2(n, scene, bounce_count + 1) * hit.diffuse * dp。但这仍然困扰着我，因为我不明白为什么要将递归调用与hit.diffuse相乘。这样的事情对我来说更有意义return racePath2(n, scene, bounce_count + 1) * dp + hit.diffuse。还有一件事，你永远不会检查bounce_count。无论如何，你永远不会在这个场景中永远递归，但是如果你想渲染更大的场景，你会希望在开始的时候有这样的效果if bounce_count > 15: return black。在

编辑2：

我看到的唯一一件事，我仍然在想，如果不是在最后。首先，我不太清楚这部分代码在做什么。我想你在测试光线是否在物体内部。在这种情况下，您的测试将是这样的inside = normal.dot(ray.direction) > 0.0。我只是针对normal而不是direction进行测试，因为在半球中使用随机方向可能会给出错误的答案。现在，如果你在你想出去的物体里面，但是如果你已经出去了你想呆在外面？就像我说的，我不太确定那部分应该做什么。在