Games 202 全局光照相关学习笔记

　　引子：本文是“Games202-高质量实时渲染”中“Real-time Global Illumination”相关章节的学习笔记，仅供本人自己学习记录使用。

　　一、3D空间下的GI

　　1. Reflective Shadow Maps（RSM）

　　原理：处理完直接光照以后，在Shadow Map中被照亮的点直接当作次级光源使用，并影响附近的点，当作间接光照照亮它们。

　　做法：在Shadow Map中记录深度，世界坐标，法线，flux（光照信息？）。对每个Shading Point，在世界坐标中找到一定半径内的次级光源，计算它们对这点的贡献；Paper中做了一个大胆的假设，在Shadow Map中去寻找一定半径内的次级光源来对这点做贡献。

　　优点：好实现。

　　缺点：Visibility：无法判断采样的次级光源和当前Shading Point的可见性关系；有多少个直接光源，就需要做几张Shadow Map；只处理了diffuse的反射。

　　2. Light Propagation Volumes（LPV）

　　原理：把3D场景划分为若干格子，让所有次级光源进行传播迭代。

　　做法：把3D场景划分为若干格子，用直接光源找出所有次级光源以后，将他们的方向，光照等信息记录在格子内，每次迭代将它们传播到周围的格子；迭代若干次以后，每个Shading Point根据当前处于的格子拿到次级光照信息。

　　缺点：Light Leaking：某个几何形状比一个格子还小，那么这个几何物体的背面可能受到同一个格子另一个方向的光照，导致这点偏亮；Visibility：同RSM，不考虑传播中的可见性关系。

　　笔记：这个做法因为迭代次数可能不多，所以相当于是不考虑过远点的次级光源；比起VXGI来说，有物体在动也没什么问题。

　　3. Voxel Global Illumination（VXGI）

　　原理：对场景构建体素网格，并建立Hierarchy结构，之后对每个Shading Point进行Cone Tracing。

　　做法：对场景构建体素并建立Hierarchy结构，在第一个Pass中存储所有次级光源的贡献和法线信息，并更新Hierarchy层级结构；Pass2中对每个次级光源射出一个圆锥形的射线，为其他Shading Point做贡献，diffuse类型的用多个圆锥射线来覆盖亮半球。

　　优点：效果好。

　　缺点：比较慢；动态物体的体素化比较麻烦。

　　二、屏幕空间下的GI

　　1. Screen Space Ambient Occlusion（SSAO）

　　原理：考虑最简单的全局光照，每个Shading Point直接加上一个常数C；在此基础上，AO大概就是对每个点根据遮蔽情况，根据对周围点的可见性关系乘上一个系数。

　　做法：积分推导式见PPT。对每个Shading Point，这个点被周围的遮蔽的越多，这个系数越小。在屏幕空间下，随机的对周围的点进行采样，利用Z-Buffer简单判断一下可见性，求出可见性百分比，乘以当前点的常数即可（常数为L(i) * brdf(i)，L(i)是间接光源的亮度，来自于直接光源，为常数，brdf项因为假设了所有点diffuse，所以为常数）。

　　缺点：由于做法导致的，会有一些错误的遮挡。

　　笔记：升级版是HBAO。

　　2. Screen Space Directional Occlusion（SSDO）

　　原理：有点类似于RSM，但是是在屏幕空间中找次级光源，对当前Shading Point做贡献。

　　做法：类似于SSAO，在周围随机找点，看Z-Buffer的遮挡关系，与SSAO相反的是，被遮挡的点，从View方向找到深度最小的点，利用那一点对当前点做出贡献；否则，可以利用环境光做出贡献。

　　缺点：只能表示小范围的GI；可见性判断上不一定准确；在屏幕空间下丢失了很多屏幕外的信息。

　　3. Screen Space Reflection（SSR）

　　原理：在屏幕空间下，从View方向看去，对每个Shading Point做简单的Ray Tracing，来获得当前点的次级光照信息。

　　做法：见原理；其中的trace过程可以在屏幕空间中构建深度的MipMap来加速tracing。

　　缺点：会丢失一些反射中的模型信息（因为只有屏幕中的信息）；同样的，因为只有屏幕空间的信息，在边缘外的会被截断（可以利用距离反射点越远，越虚化来做处理）。

　　笔记：假设了brdf是diffuse的；处理了遮挡关系。