Real-time Global Illumination 实时全局光照学习笔记1

Real-time Global Illumination(in 3D)

全局光照就是直接光照加上间接光照

主要是一次弹射的间接光照

所有被光直接照到的物体都会作为光源再次照亮其他物体，也称为次级光源

要得到p点的光照结果，我们需要知道：
1.哪些东西是次级光源（联想到shadow map）
2.每个次级光源对p点光照的贡献

Reflective Shadow Maps(RSM)

问题1可由shadow map解决，sm上每一个像素都是一个次级光源，由于p点是不确定的所以我们假设：

所有反射物都是diffuse的（这样每个次级光源出射的能量（radiance）就是确定的了）

回顾辐射度量学


角的积分可以转化成面积的积分

对于漫反射面来说

代入后dA可被消除

问题1：次级光源对p点的可见性不可知，所以需要省略，当做可见
问题2：分母应该是2次方

其余小问题：
次级光源对渲染点的可见性不好解决（可用类似于PCSS的方法进行加速）

RSM的好处：
好实现

坏处：
性能和光源数线性相关
次级光照没有可见性检测
有许多的假设
采样数与质量的权衡

Light Propagation Volumes(LPV)

主要目标：
对任意一个渲染点在任意一个方向能够得到radiance

主要想法：
光线沿直线传播且不变

主要解决方法：
把场景分为3D的网格

步骤：
1.得到虚拟光源（RSM）
2.把次级光源注入到3d空间的网格中

3.传播
把每个网格向四周传播，相加并用球谐函数表示，重复传播直到稳定

4.渲染
对每个渲染点，找到所在的网格，根据网格渲染

问题：
light leaking

原因：格子内的光照是一样的，精度会有损失，除非格子划分无限小，并且传播过程也会忽略可见性的判断

Voxel Global Illumination(VXGI)

是一个两趟的算法
与RSM的区别：
1.次级光源从pixel变为voxel
2.RSM中的采样变为3D空间中的锥型tracing

Pass1：
记录每个voxel的光源分布与法线

Pass2：

Real-time Global Illumination(screen space)

什么是屏幕空间：
信息只来自于屏幕上能看到的东西（直接光照的信息）
相当于对图像进行后期处理

Screen Space Ambient Occlusion(SSAO)环境光遮蔽

什么是SSAO：
1.是全局光照的近似
2.在屏幕空间

Key idea1：
1.我们不知道间接光照
2.假设间接光照是常数（phong）

Key idea2&3：
1.要考虑可见性visibility

2.假设是diffuse的

理论：
从渲染方程考虑



分离出可见性项



可理解为取一个平均值
对于AO来说（间接光为常数的情况下）这样拆分是准确的而不是近似

简单的理解：
1.间接光是L常数
2.brdf是常数
3.相当于把前两项取出来

如何取得每个点的平均可见性呢？（在屏幕空间上）


在红点过半的情况下才考虑环境光遮蔽（不知道法线的情况下）

问题：
由于不知道法线会存在不自然的遮蔽

HBAO使用了法线所以可以避免错误遮挡。