48、精确实时镜面反射与辐射缓存技术解析

精确实时镜面反射与辐射缓存技术解析

在计算机图形学中，反射效果的实现对于营造逼真的场景至关重要。传统的反射技术各有优劣，而新的算法通过结合多种技术，在提高反射效果的同时，也优化了计算效率。

1. 传统反射技术

传统且广泛使用的反射技术主要包括平面反射、屏幕空间反射和各种基于图像的光照方法。

• 平面反射
  平面反射的实现相对简单，但需要多次渲染场景几何，每个平面反射器都要渲染一次。这在CPU、GPU或两者上都可能是一项成本高昂的操作，并且只适用于平面或接近平面的反射器。对于粗糙表面的反射效果不佳，因为平面反射器只能在虚拟相机的方向上捕捉辐射度。

• 屏幕空间反射（SSR）
  SSR是一种仅使用屏幕空间数据来近似可见表面镜面反射项的技术。其主要思想是根据表面的镜面BRDF在屏幕空间中投射一条或多条光线，并从主相机照明缓冲区中近似这些光线的辐射度。通过光线步进从深度缓冲区数据中计算每个光线的命中位置。这种技术成本极低，即使在低端硬件上也可行，并且能自然支持动态场景。然而，SSR也有缺点，它仅基于屏幕空间数据，可能会根据深度缓冲区错误解释遮挡情况，导致光线过早终止或穿过本应命中的物体。此外，主相机辐射度通常只有单层，因此主相机视野中被遮挡或在相机视锥体之外的物体在反射中不可见。

• 基于图像的光照（IBL）
  IBL技术通过捕获的图像来近似光照，通常存储在编码球形辐射度图的辐射度探针中。每个探针可以与一个代理几何对象相关联，用于在场景中给出近似的命中点。探针