光线追踪折射看起来“假”的问题

Question

在我正在构建的光线追踪器中，我已经让球体折射和焦散效果生效了，然而玻璃球看起来并不是特别好。我相信折射数学是正确的，因为光线似乎弯曲并且倒转了你期望的方式，但它看起来不像玻璃，只是像纸或其他东西。

我读到总反射在很大程度上造就了玻璃的外观，然而当我测试任何一个折射光线是否超过了临界角时，它们都没有，所以我的玻璃球没有总反射。我不确定这是否正常或者我做错了什么。我在下面发布了我的折射代码，如果有人有任何建议，我会非常乐意听取。

/*
 * Parameter 'dir' lets you know whether the ray is starting
 * from outside the sphere going in (0) or from in the sphere
 * going back out (1).
 */
void Ray::Refract(Intersection *hit, int dir)
{

    float n1, n2;
    if(dir == 0){ n1 = 1.0; n2 = hit->mat->GetRefract(); }
    if(dir == 1){ n1 = hit->mat->GetRefract(); n2 = 1.0; }

    STVector3 N = hit->normal/hit->normal.Length();
    if(dir == 1) N = -N;
    STVector3 V = D/D.Length();
    double c1 = -STVector3::Dot(N, V);
    double n = n1/n2;

    double c2 = sqrt(1.0f - (n*n)*(1.0f - (c1*c1))); 

    STVector3 Rr = (n * V) + (n * c1 - c2) * N;

    /*These are the parameters of the current ray being updated*/
    E = hit->point;  //Starting point
    D = Rr;          //Direction
}

这个方法在我的主要光线跟踪方法RayTrace()递归运行时被调用。下面是它负责折射的一个小部分：

    if (hit->mat->IsRefractive())
    {    
        temp.Refract(hit, dir); //Temp is my ray that is being refracted
        dir++;
        result += RayTrace(temp, dir); //Result is the return RGB value.
    } 

- user1855952

Answer 1

你说得对，从外部看，球体内部永远不会出现完全内反射。这是由于对称性：球体内的光线在两端以相同的角度击中表面，这意味着如果它在一个端点超过了临界角，那么在另一个端点也必须超过临界角（因此根本无法从外部进入球体）。

然而，根据Fresnel's law，仍将获得大量的部分反射。看起来你的代码没有考虑到这一点，这可能是为什么你的玻璃看起来假的原因。试着包括它，并看看是否有帮助。

（是的，这意味着你的光线每次击中折射表面时会分裂成两个。这在现实中发生，所以你只能接受它。你可以跟踪两条路径，或者如果你正在使用随机射线跟踪算法，则用适当的权重随机采样其中之一。）

提示：如果你不想处理像光偏振这样的东西，可以使用Schlick's approximation来近似菲涅耳方程。

- Ilmari Karonen

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谢谢！我尝试了实现Schlick的近似算法，虽然仍然有一些错误，但是我的球看起来更像玻璃了！=) - user1855952