2D光线跟踪器的算法

Question

我想在RayTracer中进行程序化Java用于演示目的，同时提供有关光线跟踪的一般介绍（也提到3D，这个2D模型应该只是为了更容易理解和训练我的一般Java知识）。

我的问题是，我不知道从哪里开始这一切。

我要尝试的第一件事是使用矢量从给定坐标（例如我的鼠标光标的位置）跟踪屏幕上的每个像素。然后我会计算向量是否与多边形相交，然后我会在那里停止向量并将其绘制到这个特定点。

也许我甚至可以通过计算法线来绘制一些阴影，并以较低的强度反射另一个方向的矢量。

那么从A = {everypixelonthescreen}到特定Point P绘制一个向量并计算交叉点会是个好主意吗？

完成的版本应该看起来像这样：

Answer 1

我担心你提出的这种光线跟踪应用程序会比使用真正的3D光线跟踪器更具误导性。

• 2D光线追踪器使用方式略有不同
• 这可能会让您的观众感到非常困惑

我会尝试选择更多本机2D光线跟踪用法，如：

1. 光学模拟

   这用于模拟镜头和镜子光学器件。这里来自我的一个古老的2D射线追踪模拟图像：

   

   1. 存储您的世界

      你有镜头形式的折线+衍射指数和镜子也作为折线。你有世界衍射指数

   2. 从光源投射R，G，B射线

      仅投放重要的或全部。使用Snell定律模拟光学

   正如您所见，色度误差是可见的（每种颜色都有自己的波长，因此衍射指数不同）。您也可以使用MultiBand rendering。

   如果您添加drag&drop功能，我用它来调整自定义光学系统光学实验室

   3. Wolfenstein演示

      这个伪3D游戏使用2D射线投射引擎，请参阅Wiki: Wolfenstein_3D_engine。此图片来自此链接：

      

      1. 首先绘制地板和天花板/天空作为2个半屏幕（屏幕除以地平线）

      2. 然后你得到了迷宫/世界的二维地图（右）

         因此，从所有可见方向的当前位置投射光线（类似于您的图像，但通常使用60度视图）。光线必须以亚像素（单元）精度完成。光线撞击墙壁（在地图上）获取子像素（单元格）位置。它表示墙壁纹理的哪个部分被击中

      3. 在屏幕上为每次雷击

         绘制适当的列（垂直线）

         它的大小和比例由距离形成射线原点确定。如果我的记忆服务是通过仅使用垂直距离（乘以cos(ray_angle-player_angle)的距离）来进行鱼眼校正。

      这里是我刚才玩得很开心的例子：

      

      使用纯GDI（仅使用位图扫描线）在C ++中完成，根本没有其他第3方库。它使用单一纹理，漫射+环境照明，2D光线投射。有2个位图（屏幕，纹理图集）和单个2D地图。代码少于9 KB，包括rems。它仅由键盘控制（鼠标用于编辑地图子窗口中的迷宫）。

      这里有动画 GIF 示例：

      

      如果您有兴趣，请参阅相关的质量保证：

      • Wolfenstein with variable height of cells

Answer 2

据我了解，这个问题的处理方式不同。给定一些位置（鼠标的当前位置或类似的东西），将在某个给定角度的范围内跟踪环境（如90度，在图片中看起来像360度）。在所需的角度分辨率中，来自初始位置的光线与所提到的多边形相交。渲染最近的交叉点。这种方法应该呈现出可见的点。从给定的位置。