好久没写这样的系列了，上一次总结渲染的改进，还是4.5的时候。最近，又对KlayGE的渲染做了一些系统性的修改，所以在这里总结一下。
材质系统
原先的材质系统里，diffuse颜色和specular颜色是分开的。要放到GBuffer里的时候，specular颜色就剩下亮度，之后跟光的亮度操作后，从diffuse的颜色恢复出specular颜色。这只是一个情非得已的hack，因为G-Buffer里只有4个通道可供使用，放不下diffuse和specular颜色。
2015年的Physics and Math of Shading里，详细分析了导体、绝缘体、半导体的diffuse和specular分布，得到的结论是，只需要有个albedo的颜色（3通道）以及一个metalness（1通道），就已经足够。因为导体的diffuse是0，绝缘体的specular是一个很小的单色值，而半导体介于两者之间。（详细过程可以看我在知乎上的文章）
绝缘体diffuse和specular都有。specular很弱。
金属只有specular。
有了这些基础，我们就可以决定对于G-Buffer的改进。原先的diffuse（3通道）和specular亮度（1通道），就可以改成albedo（3通道）和metalness（1通道）。在做shading的时候，用
diffuse = albedo * (1 – metalness)
specular = lerp(0.04, albedo, metalness)
来恢复出diffuse和specular颜色来。这样不但解决了GBuffer空间不足问题，有提供了diffuse和specular的全部信息，而不是只有亮度。
原先的材质系统渲染金属的话，会看着像油腻的塑料。
而现在的方法，同样的数据，看着就像金属了。
全彩色基于物理的光照
有了前面的新材质系统，我们可以更进一步，恢复全彩色并且基于物理的光照。
在KlayGE 4.0里，由于G-Buffer和lighting accumulation buffer的空间限制，我不得不做出一个艰难的决定，放弃在lighting pass用light方向和halfway方向计算fresnel，而改成在shading pass用view方向和normal方向来代替计算fresnel。这样得到的结果不是基于物理的，但能在G-Buffer和lighting accumulation buffer中分别节省出宝贵的2个通道。
有了前面说到的新材质系统，diffuse和specular加起来只要4通道就能保存，这样在技术上就能恢复出全彩色的材质，而不用hack的恢复颜色法。得到的结果specular颜色更正确。另一方面，由于在KlayGE 4.5中已经启用了TBDR的系统，在light indexed和tile based这两条code path中，都已经没有lighting accumulation buffer，而是在shader里循环累积。所以并不受通道数的限制，diffuse和specular都能保持3通道。
有了这些基础，我们就能恢复使用全彩色并基于物理的光照，用全彩色的diffuse和specular，并把fresnel改回在lighting的时候计算。
改之前是这样的：
改之后变成这样：
其实差别不大。主要不同集中在边缘区域，比如右边的拱形区域。
总结
本篇讲了新的材质系统以及如何把它用来改进deferred rendering。下一篇将讲一下另一个改进，tone mapping。
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