没有法线的光线追踪阴影偏差

Question

我正在遵循 Infinity Ward 的光线追踪阴影方法，他们从深度缓冲区重建世界位置并从中向光线投射光线。我发现使用这种方法，每像素 1 条光线，我得到了非常糟糕的阴影痤疮，这可能是因为数值错误。明显的解决方法是将世界位置沿法线方向移动少量，但我无法访问法线。我认为一旦我为每个像素拍摄多条光线，它可能会消失，但出于性能原因，我试图坚持使用 1 条光线。有任何选择，还是我注定无法访问法线？

void main() {
    const vec2 pixelCenter = vec2(gl_LaunchIDNV.xy) + vec2(0.5);
    const vec2 uv = pixelCenter/vec2(gl_LaunchSizeNV.xy);

    uint rayFlags = gl_RayFlagsOpaqueNV | gl_RayFlagsSkipClosestHitShaderNV | gl_RayFlagsTerminateOnFirstHitNV;
    float tMin = 0.001;
    float tMax = 10000.0;

    // sample the current depth
    float depth = texture(depthTexture, uv).r;

    // reconstruct world position of pixel
    vec3 origin = reconstructPosition(uv, depth, pc.inverseViewProjection);

    // ray direction is the inverse of the light direction
    vec3 direction = normalize(-pc.light_direction.xyz);

    // everything is considered in shadow until the miss shader is called
    payload = vec3(0);

    traceNV(AS, rayFlags, 0xFF, 0, 0, 0, origin, tMin, direction, tMax, 0);

    // store either the original 0, or 1 if the miss shader executed
    // if the miss shader executes it means it was able to 'reach' the light from the current pixel's position
    imageStore(shadowTexture, ivec2(gl_LaunchIDNV.xy), vec4(payload, 1.0));
}

Answer 1

您可以通过查找相邻像素的位置（例如在 x 和 y 方向上偏移 1）并计算它们各自的方向向量与当前像素的叉积来重建法线的近似值。

例如：

Px = reconstructPositionFromPixel(pixelCenter + vec2(1.0, 0.0));
Py = reconstructPositionFromPixel(pixelCenter + vec2(0.0, 1.0));
Tx = normalize(Px - pixelCenter); // approximation of tangent
Ty = normalize(Py - pixelCenter); // approximation of bitangent
N = cross(Tx, Ty);

请注意，只要深度值平滑变化，这会产生非常好的结果。但是，如果存在深度边缘，即 2 个完全不同的深度值（例如，与相机的距离不同的不同对象），这将完全失败。这可以通过测量 Px 和 Py 的距离来检测，并根据启发式阈值简单地拒绝这个近似法线。此外，此方法无法从法线贴图中恢复法线信息。

没有法线的光线追踪阴影偏差

Ray traced shadow bias without normal

3d

raytracing

glsl

vulkan