OpenGL中多边形球体与路径追踪球体尺寸不符问题排查

核心问题：GPU路径追踪渲染的球体与多边形渲染球体尺寸不一致，但CPU上路径追踪结果正确，说明问题出在GPU片段着色器的实现细节上，以下是关键排查点和修复方案：

1. 缺失相机位置的Uniform声明 #

你的片段着色器中直接使用cam_pos作为射线起点，但未声明对应的Uniform变量：

// 缺失的关键声明
uniform vec3 cam_pos;

GPU中未声明的Uniform会使用未初始化的默认值（通常为0向量），导致射线起点错误，进而使计算出的球体尺寸偏移。而CPU上你应该正确传入了相机位置，所以结果正常。

2. 屏幕坐标转换的像素中心偏移 #

gl_FragCoord.xy的取值是像素中心坐标（比如1920x1080分辨率下，x范围为0.5~1919.5），直接用gl_FragCoord.xy/fb_size得到的范围是[0,1]但偏移了半个像素，正确转换需先减去0.5再除以分辨率：

vec2 screen_uv = (gl_FragCoord.xy - 0.5) / fb_size;
vec3 ray_direction = (inverse_projection * vec4(unorm_to_snorm(screen_uv), 1.0, 1.0)).xyz;

该偏移会导致射线方向整体偏差，使得渲染出的球体位置和尺寸出现错误。

3. 射线方向未归一化 #

通过逆投影矩阵计算出的ray_direction不一定是单位向量，虽然你的射线-球体相交代码数学上不依赖单位向量，但浮点数精度问题可能导致偏差，建议归一化射线方向：

vec3 ray_direction = normalize((inverse_projection * vec4(unorm_to_snorm(screen_uv), 1.0, 1.0)).xyz);

验证步骤 #

1. 优先添加cam_pos的Uniform声明并正确传入相机位置，这是最可能导致错位的原因；
2. 修正屏幕坐标的像素中心偏移；
3. 最后添加射线方向归一化以提升精度。

另外关于术语：这种基于射线-几何相交的渲染属于光线追踪（Ray Tracing），路径追踪（Path Tracing）是光线追踪的子集，需模拟光线的多次反射/折射，你的场景确实不属于路径追踪范畴。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Basti