光线投射体素和OpenGL

Question

我目前正在研究光线投射和体素，这是一个很好的组合。塞巴斯蒂安·肖尔茨的体素渲染器很好地实现了这一点，但也使用了OpenGL。我想知道他的公式是如何工作的；你如何将OpenGL与光线投射和体素一起使用？光线投射的想法不是为每个像素(或Doom中的直线)投射一条光线，然后绘制结果吗？

Answer 1

前面提到的raycaster是一个体素渲染器，也就是说，一种可视化体积数据的方法，比如存储在3D纹理中的不透明度。Doom的光线投射算法还有另一个目的:对于屏幕上的每个像素，找到地图的第一个平面，并在那里绘制颜色。现代GPU的光栅化功能取代了这种光线投射器的使用。

实时可视化体积数据仍然是一项由特殊硬件完成的任务，通常在医学和测地成像系统中找到。基本上，这些都是巨大的RAM块(几十GB)，保存着体积RGBA数据。然后，对于屏幕上的每个像素，都会投射一条光线穿过体积，并在该光线上集成RGBA数据。GPU体素渲染器通过片段着色器执行相同的操作；伪代码：

vec4f prev_color;
for(i=0; i<STEPS; i++) {
    p = ray_direction * i*STEP_DELTA;
    voxel = texture3D(volumedata, p);
    prev_color = combine(voxel, prev_color);
}
final_color = finalize(prev_color);

finalize和combine取决于您想要可视化的数据类型和内容。例如，如果要对密度进行积分(就像在X射线图像中一样)，combine将是一个求和操作并最终完成规格化。如果你要可视化一个云，你应该在体素之间进行alpha混合。

Answer 2

在体素空间中进行光线投射不会使用像素，这将是低效的。

您已经有了一个数组来说明哪些空间是空的，哪些空间有一个体素立方体。

因此，一个快速版本是跟踪一条线，检查该线方向上每个体素的清空情况，直到它达到一个完整的体素。

这将需要从存储器中进行数百次读取操作，并对每个读取操作进行2-3次光线向量的乘法。

读取体素的十亿个内存位置大约需要1秒，因此几百个体素的位置将非常快，并且始终在一帧内。

光线投射通常使用优化来检测空间中数学公式星形的分数位置，其中网格顶点基于其边界框，然后是网格，在体素中，它只是逐步检查整数数组中的一条线，直到找到一个非空。