歪斜：一个简单的基于CPU的体素raycaster / raytracer中的旋转相机

我正在尝试编写一个简单的体素raycaster作为学习练习 . 这是纯粹基于CPU的，直到我弄清楚事情是如何工作的 - 现在，OpenGL只是（ab）用来尽可能频繁地将生成的位图blit到屏幕上 .

现在我已经达到了透视投影相机可以穿越世界的程度，我可以渲染（主要是减去一些需要调查的文物）透视 - 正确的“世界”三维视图，这基本上是空的但是包含斯坦福兔子的体素立方体 .

所以我有一个相机，我可以上下移动，左右扫视和“向前/向后走” - 所有轴对齐到目前为止，没有相机旋转 . 这就是我的问题所在 .

截图：(1) raycasting voxels while... ...(2) the camera remains... ...(3) strictly axis-aligned.

现在我已经有几天试图让轮换工作了 . 从理论上讲，矩阵和3D旋转背后的基本逻辑和理论对我来说非常清楚 . 然而，当相机旋转时，我只能实现“2.5渲染”......鱼眼，有点像谷歌街景：即使我有体积世界表示，似乎 - 无论我尝试什么 - 就像我首先从“前视图”创建渲染，然后根据相机旋转旋转该平面渲染 . 毋庸置疑，我现在意识到旋转光线并不是特别必要且容易出错 .

尽管如此，在我最近的设置中，使用最简化的光线投射光线位置和方向算法，我的旋转仍然会产生相同的鱼眼平面渲染旋转样式：

camera "rotated to the right by 39 degrees" - 请注意屏幕＃2中蓝色阴影的左侧如何在此旋转中不可见，但现在"it really should"！

当然我现在意识到这一点：在一个简单的轴对齐 - 无旋转设置中，就像我在开始时一样，光线只是以小步长正向z方向，向左或向右和顶部发散 . 或仅取决于像素位置和投影矩阵的底部 . 当我“向右或向左旋转相机” - 即我围绕Y轴旋转时 - 这些步骤应该通过适当的旋转矩阵进行简单转换，对吧？因此，对于前向遍历，Z步骤在凸轮旋转越多时越小，在X步骤中“增加” . 然而，对于基于像素位置的水平垂直发散，需要将x步的增加分数“加”到z步骤 . 不知怎的，我试验过的很多矩阵，以及我用无矩阵硬编码的详细sin / cos计算的实验都没有真正得到这个部分 .

这是我的基本per-ray预遍历算法 - Go中的语法，但将其视为伪代码：

• fx 和 fy ：像素位置x和y

• rayPos ：vec3表示世界空间中的射线起始位置（如下所示）

• rayDir ：vec3用于在光线遍历期间在每个步骤中添加到rayPos的xyz步骤

• rayStep ：临时vec3

• camPos ：vec3用于世界空间中的摄像机位置

• camRad ：vec3用于以弧度为单位的相机旋转

• pmat ：典型的透视投影矩阵

算法/伪代码：

// 1: rayPos is for now "this pixel, as a vector on the view plane in 3d, at The Origin"
rayPos.X, rayPos.Y, rayPos.Z = ((fx / width) - 0.5), ((fy / height) - 0.5), 0

// 2: rotate around Y axis depending on cam rotation. No prob since view plane still at Origin 0,0,0
rayPos.MultMat(num.NewDmat4RotationY(camRad.Y))

// 3: a temp vec3. planeDist is -0.15 or some such -- fov-based dist of view plane from eye and also the non-normalized, "in axis-aligned world" traversal step size "forward into the screen"
rayStep.X, rayStep.Y, rayStep.Z = 0, 0, planeDist

// 4: rotate this too -- 0,zstep should become some meaningful xzstep,xzstep
rayStep.MultMat(num.NewDmat4RotationY(CamRad.Y))

// set up direction vector from still-origin-based-ray-position-off-rotated-view-plane plus rotated-zstep-vector
rayDir.X, rayDir.Y, rayDir.Z = -rayPos.X - me.rayStep.X, -rayPos.Y, rayPos.Z + rayStep.Z

// perspective projection
rayDir.Normalize()
rayDir.MultMat(pmat)

// before traversal, the ray starting position has to be transformed from origin-relative to campos-relative
rayPos.Add(camPos)

我正在跳过遍历和采样部分 - 根据屏幕＃1到＃3，那些“基本上大部分都是正确的”（虽然不是很漂亮） - 当轴对齐/不旋转时 .