路径追踪中焦散渲染异常排查：折射代码疑似错误

核心问题1：折射率（IOR）赋值完全颠倒 #

当前代码中IOR的逻辑完全反了：

• 当光线从外部（空气，IOR=1）进入物体（介质IOR=mat_IOR）时，折射公式需要的是入射介质/折射介质的折射率比（即1.0/mat_IOR），但你写成了material['IOR']
• 当光线从物体内部射出到外部时，需要的是mat_IOR/1.0，但你写成了1/material['IOR']

这会导致折射方向完全错误，光线无法按预期路径折射，自然无法形成焦散。

问题2：Schlick近似的参数c计算错误 #

Schlick反射率近似公式中，参数应为1 - cosθ（cosθ是入射角的余弦值，正数）。当前代码：

c = 1.0 - (-cos_theta if out_to_in else d_Tr_dot_N)

当out_to_in为真时，-cos_theta是正确的入射角余弦，但1 - (-cos_theta)等于1 + cosθ，和公式要求的1 - cosθ完全相反，会导致反射率计算错误，光线采样的概率权重偏离，进一步影响焦散生成。

问题3：折射方向的向量计算需匹配标准公式 #

修正IOR后，需要确保折射方向符合斯内尔定律的向量形式，原代码的符号逻辑在IOR修正后需要调整。

修正后的代码片段 #

# 反射方向计算
d_Re = ray_direction - 2 * (ray_dir_dot_N) * N

# 判断光线是从外部进入还是内部穿出
out_to_in = ray_dir_dot_N < 0

mat_IOR = material['IOR']
# 修正IOR赋值：n1/n2，n1是入射介质，n2是折射介质
if out_to_in:
    # 空气（n1=1）→ 介质（n2=mat_IOR）
    IOR = 1.0 / mat_IOR
    nl = N  # 法线指向入射介质（空气）
else:
    # 介质（n1=mat_IOR）→ 空气（n2=1）
    IOR = mat_IOR
    nl = -N  # 法线指向入射介质（介质内部）

# 计算入射角的余弦（正数）
cos_theta1 = max(0.0, np.dot(-ray_direction, nl))
sin2_theta1 = 1.0 - cos_theta1 ** 2
sin2_theta2 = (IOR ** 2) * sin2_theta1

if sin2_theta2 > 1.0:
    # 全反射，只能走反射路径
    ray_dir = d_Re
    ray_prob = 1.0
else:
    cos_theta2 = np.sqrt(1.0 - sin2_theta2)
    # 计算折射方向（符合标准斯内尔向量公式）
    d_Tr = IOR * ray_direction + (IOR * cos_theta1 - cos_theta2) * nl

    # 计算Schlick反射率
    R0 = ((1.0 - mat_IOR) / (1.0 + mat_IOR)) ** 2
    if out_to_in:
        # 入射时用入射角余弦
        c = 1.0 - cos_theta1
    else:
        # 出射时用折射角余弦
        c = 1.0 - cos_theta2
    Re = R0 + (1.0 - R0) * (c ** 5)
    Tr = 1.0 - Re

    # 重要性采样：选择反射或折射
    p_Re = 0.25 + 0.5 * Re
    if np.random.rand() < p_Re:
        ray_dir = d_Re
        ray_prob = Re / p_Re
    else:
        ray_dir = d_Tr
        ray_prob = Tr / (1.0 - p_Re)

额外注意事项 #

1. 确保路径追踪器在光线弹射时正确累积权重（ray_prob需要乘到颜色贡献中）
2. 反向路径追踪生成焦散的噪声极大，需要足够多的样本才能看到明显效果，可先测试单一路径的折射方向是否正确
3. 确认场景中的光源是发光物体，且路径追踪器能正确处理直接命中光源的情况

内容的提问来源于stack exchange，提问作者cabbage_queen