2D Heightmap上的基本(假)光线投射

Question

基本上，我尝试做的是使用非常基本的光线投射系统对2D高度贴图进行着色，该系统基本上只是检查光线是否在应该对其进行着色之前被拦截。然而，它不能正常工作，我已经在这个问题上绞尽脑汁好几个小时了，所以我想把它交给你们是没有坏处的，因为我认为它可能是如此明显以至于我看不到它，或者是太复杂了，我永远不会去考虑它。

我有一张这样的地图：

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光线投射给了我这个(记住这只是调试颜色；红色是光线截取，但在预期的位置之前(所以是阴影)，蓝色是光线截取在正确的位置(所以突出显示或只是按原样)，黄色意味着在while循环剪切之前该点根本没有光线交互)。

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结果应该是背向坡面上的红色和大山后面的区域(阴影)和朝向阳光的坡面上的蓝色(高光)。不应该有任何黄色。因此，这张图像表明，要么所有的光线都击中了错误的位置，要么光线在到达目标之前总是在其他地方相交，这是不可能的。

在这一点上，我高度怀疑问题出在我的trig上。

下面是Ray类：

class Ray
    {
        public Vector2 Position;
        public Vector2 Direction; // Think in XZ coordinates for these (they are on a perpendicular plane to the heightmap)
        // Angle is angle from horizon (I think), and height is height above zero (arbitrary)
        public float Angle, Height;
        private TerrainUnit[,] Terrainmap;
        private float U, V;

        public Ray(ref TerrainUnit[,] Terrainmap, float height, float angle)
        {
            this.Terrainmap = Terrainmap;
            this.Angle = angle;
            this.Height = this.V = height;

            // Create new straight vector
            this.Direction = new Vector2(0, 1);
            // Rotate it to the values determined by the angle
            this.Direction = Vector2.Transform(Direction, Matrix.CreateRotationX(Angle));
            //this.Direction = new Vector2((float)Math.Sin(angle), -(float)Math.Cos(angle));
            // Find the horizontal distance of the origin-destination triangle
            this.U = V / (float)Math.Tan(Angle);
            // Bleh just initialize the vector to something
            this.Position = new Vector2(U, V);
        }

        public void CastTo(int x, int y)
        {
            // Get the height of the target terrain unit
            float H = (float)Terrainmap[x, y].Height;
            // Find where the ray would have to be to intersect that terrain unit based on its angle and height
            Position = new Vector2(x - U, H + V);

            float Z = 1000 * (float)Terrainmap[0, y].Height;

            // As long as the ray is not below the terrain and not past the destination point
            while (Position.Y > Z && Position.X <= x)
            {
                // If the ray has passed into terrain bounds update Z every step
                if (Position.X > 0) Z = 1000 * (float)Terrainmap[(int)Position.X, y].Height;
                Position.X += Direction.X;
                Position.Y += Direction.Y;
            }

            Terrainmap[x, y].TypeColor = Color.Yellow;
            if ((int)Position.X == x) Terrainmap[x, y].TypeColor = Color.Blue;
            else Terrainmap[x, y].TypeColor = Color.Red;
        }
    }

同样，作为一种形式，投射每条光线的函数以及我如何调用它：

if (lighting) CastSunRays(1f, MathHelper.PiOver4);

    private void CastSunRays(float height, float angle)
    {
        Ray ray = new Ray(ref Terrainmap, height, angle);

        for (int x = 0; x < Width; x++)
            for (int y = 0; y < Height; y++)
                ray.CastTo(x, y);
    }

Answer 1

我最终在Bresenham's Line Algorithm中使用了一种简单得多的方法来找到截取点；我想它比我尝试的方法要快得多，效率也更高。

Answer 2

我的猜测是，当您的Direction向量应用于Position时，它会在有机会触及表面之前超出下限(Position.Y > -1) (Position.Y <= Terrainmap[(int)Position.X, y].Height)。

您可以尝试降低下限，或者重新排序您的if/while测试。

另一个问题可能是，与高度范围相比，Direction向量太大。两个相邻像素之间的距离是1，而整个高度差范围包含在范围(-1,1)中。从光线投射器的角度来看，这提供了一个非常平坦的表面。当Direction向量应用于Position向量时，它在长度上的步长相对较小，在高度上的步长相对较大。

Answer 3

在我的github项目TextureGenerator-Online上可以看到一个正在运行的例子。terrain工具使用这种方法。

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参见tex_terrain.js上的function setTerrainShadow()