Lecture07 Rendering Pipeline, Post-Process and Everything
Ambient Occlusion
接触阴影，满足渲染方程，但在渲染过程中直接渲染很难做到，因为计算尺度小（称为中尺度）。
AO：单目视觉中形成3D感的重要元素
不考虑尺度差异，AO和BRDF中的Geometry项（Shadowing-Masking）非常相似。
Precomputed AO
使用Ray Tracing预计算成AO贴图。最为传统，但目前在角色等高精度需求中仍应用广泛。
效果好，计算复杂，且无法处理多物体之间的AO。
SSAO, Screen Space AO
@GAMES202 SSAO
HBAO, Horizon-based Ambient Occlusion
在法线方向半球空间内积分 \[ A=1-\dfrac{1}{2\pi}\int_{\theta=-\pi}^\pi\int_{\alpha=t(\theta)}^h(\theta)W(\vec\omega)\cos\alpha\,\mathrm d\alpha\mathrm d\theta \]
利用深度图做Ray Marching
GTAO, Ground Truth - based AO
SSAO和HBAO假定了各方向射入的光贡献相同，因此物理上错误。(法线方向照射来的光贡献更多。)
\[
\hat
A(x)=\dfrac{1}{\pi}\int_0^\pi\int_{\theta_1(\phi)}^{\theta_2(\phi)}\cos(\theta-\gamma)^+|\sin(\theta)|\,\mathrm
d\theta\mathrm d\phi\\\gamma={\rm angle}(\vec n, \vec v)
\]根据大量的AO数据，拟合了一个三阶多项式，实现了有颜色的AO
Ray-Tracing AO
@GAMES202 RTRT
Fog
Depth Fog
随着深度透明度下降
- Linear fog:
factor = (end-z) / (end - start) - Exp fog:
factor = exp(- density * z) - Exp Squared fog:
factor = exp(- (density * z) ^ 2)
Height Fog
设定某一高度阈值，阈值以下恒定Fog强度，阈值以上指数递减
观察方向的Height Fog积分 \[ \begin{array}{c}D(h)=D_\max\cdot e^{-\sigma\cdot\max(h-H_s, 0)}\\ \begin{aligned}{\rm FogDensityIntegration}=&\ D_\max\cdot d\int_0^1 e^{-\sigma\cdot\max(v_z+t\cdot d_z-H_s, 0)}\,\mathrm dt\\=&\ D_\max\cdot de^{-\sigma\cdot\max(v_z-H_s, 0)}\dfrac{1-e^{-\sigma\cdot d_z}}{\sigma\cdot d_z} \end{aligned}\end{array} \]
Fog颜色 \[ {\rm FogInscatter}=1-\exp^{- \rm FogDensityIntegration}\\ {\rm FinalColor} = {\rm FogColor}\cdot{\rm FogInscatter} \]
Voxel-based Volumetric Fog
现代的雾效，可以实现丁达尔效应
- 对整个相机空间Voxelize，以不同大小的四棱台作Voxel
- 计算方法与Atmosphere计算相似
- 用一个3D Texture存储，长宽尽量与屏幕成整数倍（eg. 160*90）
Anti-aliasing
@GAMES202 AA
三种走样：Edge Sampling, Texture Sampling（MIPMAP可解决）, Specular Sampling
Post-process
Bloom 光晕
- 检测提取高光区域（计算灰度，比较阈值）
- 对高光区域作Gaussian Blur（横向/纵向各一轮减少计算） ->
Pyramid Gaussian Blur
- 将模糊完的图像叠加到图像上
Tone Mapping
HDR to SDR
- flimic s-curve
- ACES
Color Grading
- LUT
Tone Mapping and Color Grading is my area hhhhh (at DFTT of BFA)
Rendering Pipeline
Forward Rendering
- Shadow Pass -> Shading -> Post-process
- 逐物体绘制
- 透明材质排序，由远及近绘制 -> 各种问题
- 多光源绘制复杂
Deferred Rendering
Pass 1
for each object: write G-Buffer;Pass 2
for each pixel: gbuffer = readGBuffer(G-Buffer); for each light: computeShading(gbuffer, light);
Tiled-based Rendering
移动端读写能耗大
切成小块，小块渲染、小块读写
光源也可以被切割成Tile
深度上也可对光源优化
Tiled Deferred Rendering
Forward+ (Tiled Forward) Rendering
Cluster-based Rendering
Visibility Buffer
- V-Buffer
- Depth
- PrimitiveID
- Barycentrics
Unreal Engine Rendering Pipeline
