OpenGL实时渲染技术:屏幕空间环境光遮蔽(SSAO)
目录
I. 理解光线遮蔽
A. 什么是光线遮蔽?
B. 光线遮蔽的作用机制
C. 非实时渲染与实时渲染的区别
II. 屏幕空间环境光遮蔽(SSAO)
A. 什么是屏幕空间环境光遮蔽?
B. 使用AO纹理计算遮蔽因子
C. 生成样本点和随机切线
D. 判断样本点是否被遮蔽
E. 添加范围检查
F. 模糊处理
III. SSAO的实现与效果
A. 利用G缓冲进行几何渲染
B. 使用投影矩阵将样本点转换到屏幕空间
C. 生成SSAO纹理
D. 使用SSAO纹理进行最终照明
E. 问题与改进
理解光线遮蔽
在渲染中,光线遮蔽是指一个表面上的某个点由于附近几何体的存在而受到较少光照的现象。几何体的存在会导致光线在场景中反射、折射和散射,从而减少到达目标点的光线数量。这种现象在裂缝和角落等区域尤为明显。非实时渲染可以精确计算光线遮蔽,而实时渲染则采用了一种称为屏幕空间环境光遮蔽(SSAO)的简单技术来近似计算光线遮蔽。
屏幕空间环境光遮蔽(SSAO)
屏幕空间环境光遮蔽(SSAO)是一种实时渲染技术,用于近似计算光线遮蔽效果。它通过在屏幕空间中的样本点上进行采样,判断这些样本点是否在视锥体内被其他几何体遮挡,然后根据遮挡的程度计算出遮蔽因子。最终,这些遮蔽因子会应用于场景中的每个像素,用于调整环境光照射的强度。
为了生成样本点,我们首先需要生成随机的样本向量,并将其与视点的法线进行正交化,从而得到切线和副切线。切线和副切线将用于在屏幕空间中定义样本点的坐标系。通过将样本点乘以投影矩阵和屏幕空间变换矩阵,我们可以将样本点转换到屏幕空间。
接下来,我们以每个像素为中心生成样本点,并判断这些样本点是否被目标像素附近的几何体遮蔽。为了判断样本点是否被遮蔽,我们比较样本点的深度值和深度缓冲中对应像素的深度值,并基于比较结果来计算遮蔽因子。为了避免出现突变现象,我们还需要添加范围检查,使遮蔽因子在一定范围内平滑变化。
最后,为了减少噪点,我们还可以对计算得到的遮蔽纹理进行模糊处理。简单的模糊处理方法是对周围的16个样本点进行平均,从而减少遮蔽因子的波动。
SSAO的实现与效果
在实现SSAO时,我们首先需要进行几何渲染。这包括将几何体的位置和法线信息渲染到G缓冲中。在渲染过程中,我们需要将法线向量和位置向量转换到视空间,以便在屏幕空间进行后续操作。此外,我们还需要设置漫反射颜色为白色,因为我们只关注光线遮蔽,不考虑表面颜色。
接下来,我们需要计算每个像素的SSAO纹理。为了生成SSAO纹理,我们需要在屏幕空间中为每个像素生成一组样本点,并判断这些样本点是否被其他几何体遮蔽。根据被遮蔽的样本点数量和总样本点数量的比值,计算出遮蔽因子,并将其存储在SSAO纹理中。
为了提高渲染效果,我们还可以对SSAO纹理进行模糊处理。通过对SSAO纹理中的遮蔽因子进行平均,可以减少噪点,并使渲染效果更加平滑。
最后,我们将SSAO纹理与其他光照效果一起应用于最终的照明过程中。通过将SSAO纹理与漫反射贴图和光照计算相结合,可以使场景中的阴影效果更加逼真。
然而,需要注意的是,SSAO效果并不完全符合真实世界的光照现象。实际上,光线遮蔽是一个非常复杂的现象,SSAO只是对其进行了简单的近似计算。尽管如此,SSAO效果通常能够增加场景的层次感和细节,从而使其更加生动。