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aepot
Asked:2022-09-16 05:23:44 +0000 UTC2022-09-16 05:23:44 +0000 UTC

光线追踪递归优化

  • 772

我正在使用Microsoft的光线追踪软件实现示例。其实这个例子是关于多线程的，但是吸引我的是3D渲染算法。

这是方法。如果是尾递归，我可以很容易地做到这一点，但我还不能在这里做到。

using System.Numerics;

private const int maxDepth = 6;

private Vector3 TraceRay(Ray ray, Scene scene, int depth)
{
    (SceneObject obj, float distance) = ClosestIntersection(ray, scene);
    if (obj is null)
        return Vector3.Zero;

    Vector3 pos = distance * ray.Direction + ray.Start;
    Vector3 normal = obj.Normal(pos);
    Vector3 reflectDir = Vector3.Reflect(ray.Direction, normal);
    Vector3 color = GetNaturalColor(obj, pos, normal, reflectDir, scene);

    if (depth >= maxDepth)
        return color;

    // типы =              float                     Vector3
    return color + obj.Surface.Reflect(pos) * obj.Surface.Diffuse(pos) * TraceRay(new Ray(pos, reflectDir), scene, depth + 1);
}

初始调用：

Vector3 color = TraceRay(new Ray(camera.Pos, GetPoint(x, y, camera)), scene, 0);

是否可以在不分配额外内存的情况下进行线性优化？或者有一个选择，但这样它至少会更快一点。

我不会展示从这里调用的方法和我的数据结构，它们不会影响问题的本质。但如果你需要 - 写，我会补充这个问题。

这里是光束。

readonly ref struct Ray
{
    public readonly Vector3 Start;
    public readonly Vector3 Direction;

    public Ray(Vector3 start, Vector3 direction)
    {
        Start = start;
        Direction = direction;
    }
}

顺便说一句，我推导出这样的像素颜色公式

c0 + r0 * (c1 + r1 * (c2 + r2 * (c3 + r3 * (c4 + r4 * (c5 + r5 * (c6))))))

cN- 与照明相关的物体颜色
rN- 反射系数
N- 迭代

c#

1 个回答

  1. Best Answer

    总的来说，不出所料，没有发现任何魔法。

    我们设法摆脱了递归，但内存分配......在堆栈上。:)

    private const int maxDepth = 6;
private const int stackDepth = maxDepth * 2 + 1;

private Vector3 TraceRay(Vector3 start, Vector3 direction, Scene scene)
{
    Span<Vector3> stack = stackalloc Vector3[stackDepth];
    int s = 0;
    while (true)
    {
        (SceneObject obj, float distance) = ClosestIntersection(start, direction, scene);
        if (obj is null)
            break;
        start += distance * direction;
        Vector3 normal = obj.Normal(start);
        direction = Vector3.Reflect(direction, normal);
        stack[s++] = GetNaturalColor(obj, start, normal, direction, scene);

        if (s == stackDepth)
            break;
        stack[s++] = obj.Surface.Reflect(start) * obj.Surface.Diffuse(start);
    }
    Vector3 color = (s & 1) == 1 ? stack[--s] : Vector3.Zero;
    while (s > 0)
    {
        color = color * stack[--s] + stack[--s];
    }
    return color;
}

    性能略有提高，几乎在测量误差范围内。但我还没有想出更好的办法。

    • 0

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