八叉树光线投射的射线预计算与相机矩阵应用疑问

1. 射线预计算的正确性 #

CalculateRayDirection的核心逻辑是正确的，但有两处细节需要注意：

• 像素偏移x+0.5f和y+0.5f的处理正确，确保射线穿过像素中心，避免采样偏移。
• 视场角转弧度、宽高比修正的计算逻辑没问题，但要确认相机空间的方向定义：你当前让射线看向+z方向，若后续相机矩阵是基于标准“相机看向-z方向”的定义，需统一空间坐标系，否则会出现方向矛盾。

另外CalculateRays函数中分配了ray_dir_frac但未返回或释放，会造成内存泄漏，需处理。

2. 相机矩阵变换的错误（畸变根源） #

当前变换逻辑存在两处核心错误，这是旋转时出现畸变的原因：

射线起点错误 #

你将from设为(0,0,0)后用相机矩阵变换，这完全错误。相机空间中射线起点就是相机原点，对应到世界空间就是cam_pos（相机的世界位置），无需用矩阵变换(0,0,0)。

射线方向变换错误 #

若cam_mat是世界空间转相机空间的视图矩阵，那么它的作用是把世界空间的点转换到相机空间。反过来，要将相机空间的射线方向转换到世界空间，必须使用该矩阵的逆矩阵（如果是纯旋转矩阵，用转置矩阵即可，因为正交矩阵的逆等于转置）。你直接用原矩阵变换方向，相当于把相机空间的射线又转了一次到相机空间，方向完全混乱，导致畸变。

修正后的渲染循环代码 #

//For loop for x & y pixels

int pixel_index = y * world->screen_width + x;

auto cam_pos = world->camera_position;
// 假设cam_mat是世界转相机的视图矩阵，获取其逆矩阵（纯旋转时可用转置）
auto cam_mat_inv = cam_mat.Inverse();

float3 ray_dir_cam = world->ray_directions[pixel_index];
// 将相机空间射线方向转换到世界空间
float3 ray_dir_world = cam_mat_inv.MultiplyVector(ray_dir_cam);
// 确保方向归一化，避免精度问题
ray_dir_world = ray_dir_world.Normalized();
float3 ray_frac = { 1.0f / ray_dir_world.x, 1.0f / ray_dir_world.y, 1.0f / ray_dir_world.z };

// 射线起点直接使用相机的世界位置
float3 from = cam_pos;

float3 normal;

if (IntersectsOctree(root, from, ray_frac, normal) == true) {
    output[pixel_index].x = 255.0f;
    output[pixel_index].y = 0;
    output[pixel_index].z = 0;
}
else {
    output[pixel_index].x = world->clear_color.x;
    output[pixel_index].y = world->clear_color.y;
    output[pixel_index].z = world->clear_color.z;
}

若cam_mat本身是相机空间到世界空间的矩阵（比如相机的模型矩阵），则可直接用它变换射线方向，但射线起点仍需用cam_pos。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Spider Pig