2D Raytracer 算法

Question

我想做一个用于演示目的的编程RayTracer，Java同时给出关于光线追踪的一般介绍（还提到 3D，这个 2D 模型应该只是为了更容易理解，并训练我的一般 Java 知识）。

我的问题是，我不知道从哪里开始这整件事。

我会尝试的第一件事是使用向量从给定的坐标（例如鼠标光标的位置）跟踪屏幕上的每个像素。然后我会计算向量是否与多边形相交，然后我会在那里停止向量并只将它绘制到这个特定点。

也许我什至可以通过计算法线来绘制一些阴影，并以较低的强度在另一个方向反射向量。

那么绘制一个向量A = {everypixelonthescreen}到一个特定的Point P并计算交集是个好主意吗？

完成的版本应该看起来像这样：

Answer 1

恐怕您提议的那种光线追踪应用程序比使用真正的 3D 光线追踪器更具误导性。

• 2D 光线追踪器的使用方式略有不同
• 这可能会让你的听众很困惑

我会尝试选择更原生的 2D 光线跟踪用法，例如：

1. 光学模拟

   这用于模拟透镜和反射镜光学。这张图片来自我的一个古老的 2D 光线追踪模拟：

   

   1. 存储你的世界

      你有一个多段线+衍射指数形式的透镜，镜子也作为多段线。你有世界衍射指数

   2. 从光源投射 R、G、B 射线

      仅投射重要的或全部投射。使用 Snell 定律模拟光学

   如您所见，色差是可见的（每种颜色都有自己的波长，因此衍射指数不同）。您还可以使用MultiBand 渲染。

   我用它来调整定制光学系统。如果您添加拖放功能，您就拥有了Optic Lab。

2. 德军总部演示

   这个伪 3D 游戏使用了 2D 光线投射引擎。参见维基：Wolfenstein_3D_engine。这张图片来自这个链接：

   

   1. 首先将地板和天花板/天空绘制为 2 个半屏（屏幕除以地平线）

   2. 那么你就有了你的迷宫/世界的 2D 地图（右）

      因此，从您当前位置向所有可见方向投射光线（类似于您的图像，但通常使用 60 度视图）。光线必须以亚像素（单元）精度完成。您的光线击中墙壁（在地图上）的位置获得子像素（单元格）位置。它指示墙壁纹理的哪一部分被击中

   3. 在屏幕上为每个射线命中绘制适当的列（垂直线）

      它的大小和比例由与射线原点的距离决定。应用了鱼眼校正 - 如果我没记错的话，它是通过仅使用垂直距离（距离乘以cos(ray_angle - player_angle)）来完成的。

   这是我刚才为了好玩而破坏的一个例子：

   

   它是在 C++ 中使用纯 GDI 完成的（仅使用位图扫描线），根本没有其他第 3 方库。它使用单一纹理、漫反射 + 环境照明、2D 光线投射。有 2 个位图（屏幕、纹理图集）和一个 2D 地图。代码小于 9 KB，包括 rems。它仅由键盘控制（鼠标用于在地图子窗口中编辑迷宫）。

   这是动画GIF示例：

   

   如果您有兴趣查看此相关 QA：

   • 具有可变高度单元格的德军总部