1. 简介
AO(Ambient Occlusion)是全局光照中(Global Illumination)中一个很重要的概念,主要用来描述物体间的相互遮挡关系 以及漫射光线之间相互作用的效果。AO的主要方法是在每个采样点上计算它被其它几何体元遮挡的程度,进而得到在一个统一的光照强度下场景中的软阴影效果的图形算法。一般的3D处理软件中均有该算法提供,但是所有这些都是基于离线的渲染,直到在CryTek提出了Screen Space Ambient Occlusion(SSAO)之后。它通过使用后处理渲染中的一些常用信息(如Depth, Position等)将传统的基于3D空间的AO计算转换到完全基于2D屏幕空间的操作,大大提高了计算效率,而且得到了很不错的渲染效果,进而使得这样一个重要的技术在游戏中的应用变得可行。现在SSAO已经是每个主流引擎必备的一个后处理特效。
2. 原理
传统的AO实现方法通常是使用光线跟踪的来完成。通过从每个可视点发出若干条光线 ,并与全局的场景进行相交测试来得到相应点的AO值。这些发出的光线通常是在目标点的法向量所决定的一个半球空间内(与之对应的另外半球内没有贡献)。典型的AO计算公式如下所述:
其中的n表示几何体元在P点外所对应的法向量,V为相应的可见函数,表示对应的半球空间,
表示半球体
从P点处射出的方向向量。AO值的计算通过对围绕P点的半球体上的局部AO值进行积分而得到,由此可见函数V为二值函数,即其可能值为0或1,分另表示在从P点处在n方向上不可以或可以看到环境中的其它几何体。
另外,上式中的积分表达意味着在理想情况下需要发射出无数条光线来完成当前点的AO值计算,而这在实践中是不可行的,即便是PBRT中,因而需要将其离散化以变得具有可行性(如使用Monte Carlo积分变换)
经过这样离散化操作之后,该算法就已经具有可行性了,如果手边有一个光线跟踪渲染引擎的话只需将上述公式实现后并结合随机采样就可以实现一个较高质量的AO渲染。但是对于游戏中需求的实时渲染来说的话同样不可行,因而这样基于3D空间计算的代价仍然很大,这也就是SSAO产生的原因。
3. Crytek SSAO
Crytek最早提出了基于屏幕空间的AO算法,因此就称之为SSAO。在此之后与之类似或不同方面改进行的SSAO算法不断涌现。其算法实现较为简单直白:首先,提供一张存储随机向量的纹理,然后在PS中通过这些随机向量构造出3D空间中的随机采样点;通过2D投影并采样深度纹理得到这些对应的采样点处