奇怪的体素圆锥体追踪结果

Question

我目前正在使用C++和OpenGL编写一个体素圆锥体跟踪渲染引擎。一切都很顺利，除了我在更宽的圆锥角上得到了相当奇怪的结果。

现在，为了测试的目的，我所做的就是垂直于碎片法线射出一个奇异的圆锥体。我只是在计算“间接光”。作为参考，下面是我正在使用的相当简单的Fragment Shader：

#version 450 core

out vec4 FragColor;

in vec3 pos_fs;
in vec3 nrm_fs;

uniform sampler3D tex3D;

vec3 indirectDiffuse();

vec3 voxelTraceCone(const vec3 from, vec3 direction);

void main()
{
    FragColor = vec4(0, 0, 0, 1);
    FragColor.rgb += indirectDiffuse();
}

vec3 indirectDiffuse(){
    // singular cone in direction of the normal
    vec3 ret = voxelTraceCone(pos_fs, nrm);

    return ret;
}

vec3 voxelTraceCone(const vec3 origin, vec3 dir) {
    float max_dist = 1f;
    dir = normalize(dir);

    float current_dist = 0.01f;

    float apperture_angle = 0.01f; //Angle in Radians.

    vec3 color = vec3(0.0f);
    float occlusion = 0.0f;

    float vox_size = 128.0f; //voxel map size

    while(current_dist < max_dist && occlusion < 1) {
        //Get cone diameter (tan = cathetus / cathetus)
        float current_coneDiameter = 2.0f * current_dist * tan(apperture_angle * 0.5f);

        //Get mipmap level which should be sampled according to the cone diameter
        float vlevel = log2(current_coneDiameter * vox_size);

        vec3 pos_worldspace = origin + dir * current_dist;
        vec3 pos_texturespace = (pos_worldspace + vec3(1.0f)) * 0.5f; //[-1,1] Coordinates to [0,1]

        vec4 voxel = textureLod(tex3D, pos_texturespace, vlevel); //get voxel

        vec3 color_read = voxel.rgb;
        float occlusion_read = voxel.a;

        color = occlusion*color + (1 - occlusion) * occlusion_read * color_read;
        occlusion = occlusion + (1 - occlusion) * occlusion_read;

        float dist_factor = 0.3f; //Lower = better results but higher performance hit
        current_dist += current_coneDiameter * dist_factor; 
    }

    return color;
}

tex3D均匀是体素3D纹理。

在常规Phong着色器(在其下计算体素值)下，场景看起来如下所示：

​

作为参考，以下是可视化时体素贴图(tex3D) (128x128x128)的外观：

​

现在我们来看看我遇到的实际问题。如果我将上面的着色器应用到场景中，我会得到以下结果：

对于非常小的圆锥角(apperture_angle=0.01)，我得到了大致你可能期望的结果:体素化的场景本质上是垂直于每个表面的“反射”：

​

现在，如果我将光圈角度增加到例如30度(apperture_angle=0.52)，我会得到这个看起来非常奇怪的“波浪状”结果：

​

​

我希望得到的结果与之前的结果更相似，只是镜面反射较少。相反，我得到的主要是每个物体的轮廓，以镜面反射的方式反射，轮廓内部偶尔会有一些像素。考虑到这意味着场景中的“间接照明”，即使我添加了直接光，它也不会看起来很好。

我已经尝试了max_dist，current_dist等不同的值，以及拍摄多个圆锥体而不是只拍摄一个。结果即使不是更糟，也是相似的。

有没有人知道我在这里做错了什么，以及如何获得真正的远程逼真间接光？

我怀疑textureLod函数对高于0的任何LOD级别都会产生错误的结果，但我还无法确认这一点。

Answer 1

未正确生成3D纹理的Mipmap。此外，在vlevel上没有硬性限制，导致所有textureLod调用都会返回#000000颜色，以访问高于1的任何mipmaplevel。