C#光线投射渲染引擎为何将本该直的线渲染成曲线？

我基于Wolfenstein 3D引擎用C#实现了一个简易光线投射引擎：以string[]作为地图，为输出窗口的每个垂直像素切片（共960条）投射射线，通过测量射线传播距离转换为对应垂直切片的矩形高度来渲染画面。目前存在的问题是近距离墙壁的直边会被渲染成类似y=ln(x)曲线的扭曲形状，其余部分渲染正常。

已完成的排查与处理：

• 用float adjusted_dist = (float)Math.Cos(angle) * length;修正了鱼眼效果，但未解决当前扭曲问题
• 射线投射逻辑经俯视图调试确认运行正常
• 屏幕尺寸为960px×540px，当前使用公式int pixels = (int)(540 - (540 * heights[i] / max_dist));将射线距离转换为切片高度，其中max_dist设为常量150（地图每个字符对应10×10单位方块，场景内物体距离不超过150单位）

问题根源与改进思路 #

你的核心问题出在距离到屏幕高度的转换公式：原公式用线性比例映射距离与高度，但透视投影中物体高度和距离是反比关系，线性映射会导致近距离出现非线性扭曲。

替换为透视投影的正确计算逻辑

光线投射的标准高度计算基于相机投影平面的物理原理，步骤如下：

1. 定义关键常量（根据你的场景参数）：

   const float WALL_UNIT_HEIGHT = 10.0f; // 对应地图方块的高度（10单位）
   const float FIELD_OF_VIEW = Math.PI / 3.0f; // 60度视场角（Wolfenstein 3D标准值）
   const float PROJECTION_PLANE_DIST = (960.0f / 2.0f) / (float)Math.Tan(FIELD_OF_VIEW / 2.0f);
   // 投影平面距离 = 屏幕半宽 / tan(视场角/2)，确保透视比例正确
   

2. 计算单一切片的高度：

   // adjusted_dist是你已经修正鱼眼后的垂直距离
   float sliceHeight = (WALL_UNIT_HEIGHT * PROJECTION_PLANE_DIST) / adjusted_dist;
   

3. 计算切片在屏幕上的上下绘制边界（保证垂直居中，且不超出屏幕）：

   int drawStart = (int)(540.0f / 2.0f - sliceHeight / 2.0f);
   int drawEnd = (int)(540.0f / 2.0f + sliceHeight / 2.0f);
   drawStart = Math.Max(0, drawStart);
   drawEnd = Math.Min(540 - 1, drawEnd);
   

为什么原公式会出错？

原公式540 * heights[i] / max_dist是将距离做线性比例缩放，但真实透视中，墙壁高度应该与距离成反比——距离越近，高度占屏幕的比例应该越大，且这个变化是非线性的。线性映射会在近距离时过度压缩墙壁高度，导致直边出现扭曲。

额外注意事项

• 确保adjusted_dist是相机到墙壁的垂直距离（而非射线的欧氏长度），你用Math.Cos(angle)的修正逻辑是正确的，注意angle需用弧度计算，且是射线与相机朝向的夹角。
• 如果你的场景墙高不是10单位，对应调整WALL_UNIT_HEIGHT的值即可。

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