如何处理离散化光线追踪中的错误索引计算？

Question

如何处理离散化光线追踪中的错误索引计算？

openglglsltexturesraytracing

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以下是需要翻译的内容：

情况如下。我正在尝试在GLSL着色器中实现线性体素搜索，以实现高效的体素光线追踪。换句话说，我有一个3D纹理，我正在对其进行光线追踪，但我正在尝试进行光线追踪，以便仅检查光线只相交一次的体素。

为此，我编写了一个程序，具有以下结果：

不够高效，但正确：

上面的图像是通过多次添加小的epsilon射线并在每次迭代中从纹理中采样获得的。这样可以产生正确的结果，但效率非常低。

这将看起来像：

loop{
     start += direction*0.01;
     sample(start);
}

为了提高效率，我决定实现以下查找函数：

float bound(float val)
{
    if(val >= 0)
        return voxel_size;
    return 0;
}

float planeIntersection(vec3 ray, vec3 origin, vec3 n, vec3 q)
{
    n = normalize(n);
    if(dot(ray,n)!=0)
        return (dot(q,n)-dot(n,origin))/dot(ray,n);

    return -1;
}

vec3 get_voxel(vec3 start, vec3 direction)
{
    direction = normalize(direction);

    vec3 discretized_pos = ivec3((start*1.f/(voxel_size))) * voxel_size;

    vec3 n_x = vec3(sign(direction.x), 0,0);
    vec3 n_y = vec3(0, sign(direction.y),0);    
    vec3 n_z = vec3(0, 0,sign(direction.z));

    float bound_x, bound_y, bound_z;

    bound_x = bound(direction.x);
    bound_y = bound(direction.y);
    bound_z = bound(direction.z);

    float t_x, t_y, t_z;

    t_x = planeIntersection(direction, start, n_x, 
        discretized_pos+vec3(bound_x,0,0));

    t_y = planeIntersection(direction, start, n_y, 
        discretized_pos+vec3(0,bound_y,0));

    t_z = planeIntersection(direction, start, n_z, 
        discretized_pos+vec3(0,0,bound_z));

    if(t_x < 0)
        t_x = 1.f/0.f;
    if(t_y < 0)
        t_y = 1.f/0.f;
    if(t_z < 0)
        t_z = 1.f/0.f;

    float t = min(t_x, t_y);
    t = min(t, t_z);

    return start + direction*t;
}

这将产生以下结果：

请注意一些表面左侧的三角形走样。

似乎这种走样是因为某些坐标没有被设置为它们正确的体素。

例如，将截断部分修改如下：

vec3 discretized_pos = ivec3((start*1.f/(voxel_size)) - vec3(0.1)) * voxel_size;

创建：

因此，它已经解决了一些表面的问题，并引起了其他表面的问题。

我想知道是否有一种方法可以纠正这种截断，以便不会发生此错误。

更新：

我已经将问题缩小了一点。请观察以下图像：

这些数字代表着我期望盒子被访问的顺序。

正如您所看到的，对于一些点来说，第五个盒子的采样似乎被省略了。

以下是采样代码：

vec4 grabVoxel(vec3 pos)
{

    pos *= 1.f/base_voxel_size;

    pos.x /= (width-1);
    pos.y /= (depth-1);
    pos.z /= (height-1);
    vec4 voxelVal = texture(voxel_map, pos);

    return voxelVal;
}

- Makogan

1个回答

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可以查看英文原文，
原文链接

- Spektre · Accepted Answer

我之前在你的问题评论中提到的是加减取整问题。你需要做的是在一个轴上将步长设为网格大小（并测试三次，一次为|dx|=1，另一次为|dy|=1，最后一次为|dz|=1）。

此外，您应该创建一个调试绘制2D切片来查看单个特定测试光线的命中位置。现在根据每个轴上的光线方向单独设置舍入规则。如果没有这样做，您只是盲目修补一个情况，而破坏了其他两种情况...

现在实际看看这个（我之前链接过它给你，但显然你没有看）：

Wolf and Doom ray casting techniques

尤其要注意：

右边显示了如何计算光线步长（您的epsilon）。您只需缩放光线方向，使其中一个坐标为+/-1即可。为简单起见，请从通过地图的2D切片开始。红点是光线起始位置。对于垂直网格线命中，绿色是光线步进向量，对于水平网格线命中，红色是光线步进向量（z将同样如此）。

现在，您应该添加通过某个可见的高度切片的2D地图概述（如左侧图像），对每个检测到的交点添加一个点或标记，但要通过颜色区分x、y和z的命中。仅对单个射线进行此操作（我使用视图射线的中心）。首先处理观看X+方向，然后是X-，完成后移动到Y,Z...

在我之前链接过的GLSL体积三维背向跟踪器中，请查看以下行：

if (dir.x<0.0) { p+=dir*(((floor(p.x*n)-_zero)*_n)-ray_pos.x)/dir.x; nnor=vec3(+1.0,0.0,0.0); }
if (dir.x>0.0) { p+=dir*((( ceil(p.x*n)+_zero)*_n)-ray_pos.x)/dir.x; nnor=vec3(-1.0,0.0,0.0); }

if (dir.y<0.0) { p+=dir*(((floor(p.y*n)-_zero)*_n)-ray_pos.y)/dir.y; nnor=vec3(0.0,+1.0,0.0); }
if (dir.y>0.0) { p+=dir*((( ceil(p.y*n)+_zero)*_n)-ray_pos.y)/dir.y; nnor=vec3(0.0,-1.0,0.0); }

if (dir.z<0.0) { p+=dir*(((floor(p.z*n)-_zero)*_n)-ray_pos.z)/dir.z; nnor=vec3(0.0,0.0,+1.0); }
if (dir.z>0.0) { p+=dir*((( ceil(p.z*n)+_zero)*_n)-ray_pos.z)/dir.z; nnor=vec3(0.0,0.0,-1.0); }

这是我完成这个任务的方法。你可以看到，我对于每一种情况都使用了不同的四舍五入/向下取整规则。这样可以处理每个情况而不会影响其他情况。四舍五入规则取决于很多因素，比如你的坐标系相对于(0,0,0)的偏移量等，所以在你的代码中可能会有所不同，但是if条件应该是相同的。此外，你可以看到，我通过稍微偏移光线起始位置来处理这个问题，而不是在射线遍历循环castray内部设置这些条件。

那个宏cast ray并查找与网格的交点，最重要的是对交点进行z排序并使用第一个有效的交点（这就是l、ll的作用，不需要其他条件或射线结果的组合）。因此，我的处理方法是为每种类型的交点（x、y、z）分别投射光线，从同一轴上的网格的第一个交点开始。你需要考虑起始偏移量，使l、ll类似于交点距离真实射线起点的距离，而不是偏移后的距离…

另外一个好主意是先在CPU端完成这个任务，当100%工作时再将其移植到GLSL中，因为在GLSL中调试这样的问题非常困难。