C++ 如何在光线跟踪器中移动摄影机？

我目前正在研究光线追踪技术，我认为我做得相当好；但是，我还没有谈到相机

到目前为止，我使用了一个平面片段作为视图平面，它位于

（-width/2，height/2200）

和

（width/2，-height/2200）

[200只是一个固定的z数，可以更改]

除此之外，我主要在

e（0，0，1000）

上使用相机，并使用透视投影

我将光线从点

e

发送到像素，并在计算像素颜色后将其打印到图像的对应像素

这是我创建的一个图像。希望您可以通过查看图像猜出眼睛和视图平面的位置

我的问题从这里开始。是时候移动我的相机了，但我不知道如何将二维视图平面坐标映射到标准坐标。有一个转换矩阵吗

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我认为这种方法需要知道视图平面上像素的三维坐标。我不确定这是正确的方法。那么，您有什么建议？

对于光栅化渲染器，您往往需要一个变换矩阵，因为这是直接从3D坐标映射到屏幕2D坐标的方式

对于光线跟踪，这是不必要的，因为通常从二维空间中的已知像素坐标开始

给定眼睛位置、屏幕中心的3空间点以及“向上”和“向右”矢量，计算从眼睛位置经过指定像素的3D“光线”非常容易

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我之前在

上发布了一些来自我自己的光线跟踪器的示例代码，有多种方法可以做到这一点。我是这样做的：

选择一个点来表示相机位置（

相机位置

）

选择一个矢量，该矢量指示相机正在查看的方向（

camera\u direction

）。（如果您知道相机正在查看的点，可以通过从该点减去

相机位置

来计算该方向向量。）您可能希望规格化（

相机方向

），在这种情况下，它也是图像平面的法向量

选择另一个从摄影机的角度（大约“向上”）的标准化向量（

camera\u up

）

camera\u right=交叉（camera\u方向，camera\u向上）

camera\u up=Cross（camera\u right，camera\u direction）

（这会纠正选择“up”时的任何坡度。）

将图像平面的“中心”显示在

camera\u位置+camera\u方向

。上方向向量和右方向向量位于图像平面中

您可以选择与屏幕相对应的图像平面的矩形部分。该矩形截面的宽度或高度与摄影机方向长度的比率决定了视野。要放大，可以增加摄影机的方向或减小宽度和高度。执行相反的操作以缩小

因此，给定一个像素位置

（i，j）

，您需要该像素在图像平面上的

（x，y，z）

。您可以从中减去

摄影机位置

以获得光线向量（然后需要对其进行归一化）

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这是为了说明问题，因此未对其进行优化。

请看我在视野计算中迷失了方向。请您详细说明一下这些代码行：dir.add_scaled（右，m_tanf*m_aspect*x）；方向加成比例（向上，m_tanf*y）；dir.normalise（）

v.add_scaled（d，n）

只做

v+=（d*n）

其中

d

是一个向量，

n

是比例因子。这两条线计算视图平面中与像素相交的点，该点位于

（x，y）

，其中

x

和

y

在

-1..1

范围内。这对我来说不太合适，但我想我明白了。在“Vector3 image_point=i*camera_right+j*camera_up+camera_position+camera_direction”中，您是指标准化的_i和标准化的_j吗？是的，我是指使用标准化的i和j（在回答中已更正）。请注意，

ray\u direction

在将其添加到

image\u point

后立即减去

camera\u position

，因此您可以简单地忽略它，但我觉得这模糊了逻辑。我不知道你在说什么扭曲。在广角视图中，对象确实会在帧边缘附近发生扭曲（例如，球体看起来是长方形的）。@RdIP：如果您将像素视为一个小1x1正方形，则希望光线穿过它的中间，而不是角。@binaryBigInt：如果您有相机的位置和指向的方向，您没有足够的信息来了解相机的方向。如果将摄影机指向某人的脸，可以沿其外观的轴转动摄影机，使该脸在图像中处于侧面或倒置状态。所以我们选择一个

摄像机向上

向量来消除这种模糊性。由此，我们可以导出

camera\u right

，它与

camera\u up

一起定义胶片或图像传感器在世界空间中的平面。@RdIP：正如我所说，有多种方法。对我来说，FOV不是很直观，所以我更喜欢根据焦距和相机型号来考虑。这一切归结为相同的转换。

Ray ComputeCameraRay(int i, int j) {
  const float width = 512.0;  // pixels across
  const float height = 512.0;  // pixels high
  double normalized_i = (i / width) - 0.5;
  double normalized_j = (j / height) - 0.5;
  Vector3 image_point = normalized_i * camera_right +
                        normalized_j * camera_up +
                        camera_position + camera_direction;
  Vector3 ray_direction = image_point - camera_position;
  return Ray(camera_position, ray_direction);
}