2D 高度图上的基本（假）光线投射

Question

我正在尝试使用基本的光线投射来对 2D 高度图进行着色，该光线投射会检查光线在对其进行着色之前是否被拦截。但是它不起作用。

地图 ：

光线投射给了我这个：

• 红色是光线拦截，但在预期位置之前（因此着色），
• 蓝色是光线在正确的位置进行拦截（因此突出显示或按原样），
• 黄色表示在 while 循环剪切之前没有光线交互。

结果在背向斜坡和大山（阴影）后面的区域应为红色，在朝阳斜坡上结果应为蓝色（重点）。不应该有任何黄色。因此，该图像表明，要么所有光线都击中了错误的位置，要么总是在其他地方相交，这是不可能的。我怀疑问题出在我的三角函数上。

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;
        }
    }

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

我最终使用了一种更简单的方法，即 Bresenham 直线算法 来找到截取点；我想这比我尝试的方式更快、更高效。

Answer 2

我的猜测是，当您的 Direction 向量应用于 Position 时，它超出了之前的下限 (Position.Y > -1)有机会撞击地面 (Position.Y <= Terrainmap[(int)Position.X, y].Height)。

您可以尝试降低下限，或重新排序 if/while 测试。

另一个问题可能是方向向量与您的高度范围相比太大。两个相邻像素之间的距离为1，而整个高度差范围包含在范围(-1,1)内。从光线投射器的角度来看，这给出了一个非常平坦的表面。当Direction向量应用于Position向量时，在长度上采取相对较小的步长，在高度上采取相对较大的步长。

Answer 3

我还使用了 Bresenham 直线算法，并将计算时间减少到 1/10！可以在我的 GitHub 项目 TextureGenerator-Online 中查看示例。地形工具使用这种方法。

请参阅 setTerrainShadow() rel="nofollow noreferrer">tex_terrain.js。