KlayGE游戏引擎

KlayGE中的延迟渲染（四）集中在Anti-alias的方法，本篇是这个系列的完结篇，我们一起来探讨未来将对延迟渲染所做的改进。

展望未来

shading pass再次渲染物体的改进

Deferred Lighting最受争议的一点应属在shading pass需要再次渲染几何体了。如果物体很多，尤其是有tessellation和GS的，多渲一遍有可能抵消了lighting pass带来的性能提升。改进的方法之一就是在建立G-Buffer阶段，用类似Deferred Shading的fat G-Buffer。除了原先的一张纹理，还需要一张纹理用来存放diffuse信息。但是lighting pass和原来一样，不涉及diffuse。shading pass就变成画一个全屏四边形，从G-Buffer的第二章纹理读取diffuse，进行着色。甚至emit也这么处理。这种方法介于Deferred Shading和Deferred Lighting之间。

彩色的specular

在本系列的第一篇文章里， 为了把lighting pass中的diffuse和specular都塞到4个通道里，就只能舍弃specular的颜色，只保存亮度。如果要RGB三个通道的 specular，近似的方法是通过diffuse积累结果的颜色来计算specular的颜色。这是个很粗糙的近似，虽然不是正确的，不过能骗骗眼睛：

[latex]specular = diffuse(\frac{lum_{spec}}{lum_{diff} + \epsilon})[/latex]

其中lum_spec是累积出来的specular亮度，lum_diff是用累积出来的diffuse颜色计算出的亮度。epsilon是为了避免lum_diff为零。
另一种方法是lighting pass用6个通道。但是如果每个通道都是float 16的，也就是96bpp，带宽开销非常大，就不合适了。我的一个想法是把diffuse和specular都转换到YUV空间。这个空间的一个好处是Y 是float 16的，U和V都只要8 bit就可以了。所以可以这么安排MRT：第一张texture格式为G16R16F，保存diffuse和specular的Y；第二张texture 格式为ABGR8，分别保存两者的U和V。这样只有64bpp，但能保存正确的彩色diffuse和specular。由于YUV格式也是可以相加的，这 个地方仍可以用原先的lighting pass积累方法。

inferred lighting

Lighting pass可以借用inferred lighting的核心思想来加速。也就是说，lighting pass不需要全尺寸，只需要在一个比较小的render target上执行即可（比如3/4大小）。G-Buffer仍是全尺寸的，并在G-Buffer生成后作一次边缘检测。Shading pass也是全尺寸的，在采样lighting pass texture的时候，利用边缘检测的结果进行保边缘的插值（一般称为Discontinuity Sensitive Filtering，DSF），得到全尺寸lighting的近似。

上图是使用了800×450的lighting直接拉伸到1280×720做shading的结果，关闭DSF，锯齿严重。下图打开了DSF，基本解决了锯齿问题。

Anti-alias

上一篇文章讲了很多AA的方法，但那些都是在空间上做AA，比较适合近处物体。对于远处物体来说，空间上AA得到的收益有限，必须在时间上进行AA。结合上MLAA的威力，应该能有很小的代价实现很接近16xMSAA的结果。

各向异性BRDF

Crytek的“CryENGINE 3: Reaching the speed of light”里提到了在Deferred Lighting框架下加入各向异性BRDF的方法。它用了Spherical Gaussian（SG）来近似出NDF（来自于SIGGRAPH Asia 2009的All-Frequency Rendering of Dynamic, Spatially-Varying Reflectance），但这个SG只是per-object的。在G-Buffer阶段，不保存normal，而保存SG展开成lobe的系数。而 BRDF的其他几个项，Fresnel term、Geometry term，都留到shading pass才计算。这种方法的好处是，对lighting pass来说一切都是透明的，它照样可以按原来的方法累积光照，因为Microfacet BRDF中除了NDF，其他都作为公因数提取出去了（Microfacet BRDF的详细讲解可以参见“游戏中基于物理的渲染（三）”）。实际上，Fresnel term的系数是l和h，必须在lighting pass做。这里相信Crytek是用了n和v来代替，这样不是物理正确的，只有在高光的中心点，dot(l, h)才等于dot(n, v)，其他地方dot (n, v)会更迅速地衰减，到边缘地方就非常明显了。如果不在乎这个，是可以把NDF都用SG来表示，并用统一的方法进行渲染。

保存lobe的G-Buffer是这个样子的：

各向异性BRDF渲染出来的结果：

KlayGE中的延迟渲染就介绍到这里了。在这里先给大家拜个早年，谢谢！