(引擎篇)【第五节：Ray Marching&SDF简单运用】

一片大深林

一，What is Ray Marching

光线从起点出发,一步步前进,每到达一步,光线就停下来做一次计算,然后继续前进,直到逼近重点.
注意:不同场景,光线步进指代的内容不同，从摄像机向屏幕上的每一个像素发射一条光线，光线按照一定步长前进，检测当前光线距离物体表面的距离，并且根据这个距离调整光线的步长，直到抵达物体表面




二，How to do Ray marching





首先我们看到这张图，我们可以发现，构建RM需要大致四步
1.定义摄像机的位置，光线的方向；
2.定义场景：场景包含一个球体和平面；
3.定义灯光的方向；
4.计算法线的方向；
可以简单理解为：定位摄像机，由摄像机发出射线，根据一定的频率（步长）检测射线周围有无物体（这一部分叫射线检测，检测的是方向和深度，方向是由像素点决定的）。然后这里这个球，叫做球形检测，球形检测会基于当前的像素点作为圆心，进行画圆，这里就引入了RM的核心公式
float RayMarching(vec3 ro vec3 rd)//ro=cameraposition rd = cameravector
{
  float do = 0;//射线长度
  for(int i = 0;i <MAX_STEPS;i++)
  {
    vec3 p = ro +do * rd;
    float  ds = GetDist(p);//自定义一个用来获取当前监测点到物体距离深度的函数
    do += ds;
    if(ds <SUPFACE_DIST||do>MAX_DIST)
      break;
  }
  return do;
}



然后我们说一下这里自定义的GetDist函数，就是这张图片的这两个公式，求一个plane以及Sphere，主要目的就是：输入空间中某一点的坐标，返回此点与空间中最近物体的距离
float GetDist(vec3 p)//先定义一个p值
{
  vec4 sphere = vec4(0,1,6,1);//再定义一个圆心坐标
  float ds = length(p-sphere.xyz)-sphere.w;//w作为缩放值
  float dp = p.y;
  float d = min(ds,dp);//利用plane和sphere的深度，取一个离摄像机最近的距离
  return d;
}三，SDF

SDF 即 Signed Distance Field， 在RayMarching中，我们使用的GetDist实际上就是一个有向距离场，它描述空间中的任一点到达最近的物体的距离



可以简单粗暴的理解为，我们需要给这个rm限制一个距离场，这里可以用于指定其形状，常用物体的SDF方程，大家都可以在网络上搜得到
四，案例：基于Ray marching的史莱姆

这里直接拿之前做的独立游戏比赛的案例在讲解
https://zhuanlan.zhihu.com/p/587209449



我们根据之前的理论知识点，确定这个自定义节点需要输入哪些东西，再通过代码进行一个编写，代码主要分为几个部分

• 确定好物体的形状
  

• 确定法线
  

• 定义输入量
  

• 开始RM
  

• 注意，这里需要一个额外的算法，这个算法可以自己去尝试一下，为什么这里能做到平滑
  

最后就能得到这样的效果


https://www.zhihu.com/video/1583072795034107904