实时环境光 上

Distance Field Soft Shadow

Distance field soft shadow

速度快，效果好，但是存储困难

Distance Function 距离函数

定义空间中的一个点，到任意物体表面的总的最小距离

可以得到几何上，像素上的过度

The Usages of Distance Fields

• Ray marching 光线步进每步的安全距离

• determine the percentage of occlusion 某个点都的大概的被遮挡的概率

• infinite resolution characters 无限分辨率字符

Ray Matching

光线步进，向摄像机往像素点射出的方向，让光线前进一段距离，并对当前位置进行采样。

Usage

生成 3D 纹理存储场景 SDF，光线步进 SDF 采样出的距离，如果到目标光栅化物体深度前，进入其他物体内部，说明处在阴影中。

受光强度可以通过最小 SDF 距离得到。

• Pros

  • Fast

  • High quality

• Cons

  • Precomputation

  • heavy stoage

  • Artifact

Environment Lighting

来自于无限远的入射光

Image-Based Lighting IBL, 解渲染方程

• p：反射率

• w ：方向

• Ω：上半球面方向集合

• θ：光线和法线的夹角

• i：入射

• o ：出射

image.png

不考虑遮挡

需要积分所有入射光

• General solution - 通用方法，积分，蒙特卡洛积分

• 可能会慢，shader 里不能做大量采样

Split Sum

拆分渲染方程积分相加的方法

Observation 观察

对于某一条出射光，对于 glossy 和 diffuse 有两种入射光贡献 lobe

image.png

假定材质着色只由漫反射和高光反射构成，漫反射 smooth，高光反射积分域小。都满足积分拆分公式的 g(x)

Split render equation

BRDF 项满足 g(x), 便拆分光照项到外部，光照项在 BRDF 积分域的积分，除以积分域对 1 的积分

image.png

对于 Specular

需要积分的区域是和粗糙度正相关的立体角，所以对 EnvMap 预处理如下

1. Prefiltering of the environment lighting，类似 specular 的 mipmap

2. 对于 Spherical map, 更好的 Filter 不应当是 uniform 的，应当是球面上的

3. 等于 模糊 IBL

对于 Diffuse

需要做半球积分，即半球 Prefilter

BRDF 项

五维度参数，不能直接预计算

image.png

假设 DFG 中的 F 选用 Shlick，D（NDF） 选用 Beckmann 的 distribution

那么只剩下三个参数 ：反射率，入射角（不是入射方向，入射方向算两个参数 θ & φ），粗糙度

image.png

BRDF 公式除以并乘以 F 项，提取出 R0 到积分外部，不作为积分内的参数空间

split-r0