[gpu pro2]pre integrated skin shading

一个讲皮肤渲染的paper，在gpu pro2和siggraph11的advance course会议上有提到。

先看个效果：TSD(texture space diffuse)是达到标杆效果的做法，但是效率比较低，右边是pre integrated做法，我们可以看出基本是同一级别的质量。

link:http://url.cn/VnHMEI

texture space diffuse

第一个把皮肤渲染的非常好的是《matrix》这个电影，比如smith哥，这里使用的就是在texture space做的blur来模拟scatering，效果很逼真。

顺着这个思路，随着时间的推移，开始有简单的gaussin blur/wrap lighting来模拟的（左数第三个）。

以及经典的nvidia的皮肤demo。

nv的这个可以说一直是标杆，但是就是需要做太多的blur，性能不够好。

但是这个过程一些积累成为本文的基石：

• diffusion profile：这个描述光如何在skin这样的材质中扩散的，下面这个数据是从实际皮肤中扫描出来的：
• 
  
• texture space diffusion：把入射光存在texture space，然后做一些blur来模拟扩散
• FastSubsurfaceScattering:就是用在uncharted2以及后来的皮肤技术，使用jittered kernel，对rgb用不同的weight
• sssss(screen space subsurface scattering)是上面fast subsurface scattering的screenspace化

PreIntegratedSkinShading:

那么到本文，PreIntegratedSkin的优势就在于使用更高效的方法达到TextureSpaceDiffuse的效果。

这个算法主要分成3个部分：

• 处理眉骨这种大的表面弯曲的情况（surface curvature）
• 处理皮肤表面细节纹路的情况（small surface bump)
• 阴影

处理surface curvature

处理surface curvature这里使用了类似BRDF的积分，然后得出（或者近似出）一个简化的function。

这个结果目前作者还没抽象出一个简化公式，所以就存到一个look up texture，计算时候通过sample这个texture来获得预计算的结果。

上面的公式和书中的差一项，分子的2sin(x/2)应该是2r*sin(x/x)，同时D（theta）变成D(theta,r)，这里r是曲率的意思。

这里曲率的计算：

处理bump normal：

这里由于diffusion profile在rgb上的不同，同样的normal分布在rgb下呈现不同的结果，图出来是这样：

这里需要这样理解，实际中是同样的皮肤表面的bump，在光照下，rgb三个颜色呈现上图中rendering这一column的结果，那么实际计算中我们为了简化和提升效率，就把用于rgb计算diffuse lighting的normal map做一个filter，然后用统一的计算公式来计算，这样也能达到同样的结果。

这里pre filter normal就是使用的diffuse profile，但是可以看到计算diffuse&specular lighting需要4张normal map这个就太费了，但是我们可以看到上图中red的normal map是最糊的，specular是最清晰的，那么我们可以做一个优化就是使用specular和red的normal map，然后插值出另外2个。

shadow。。。不太感兴趣，这部分不太具备通用性，略过