OpenGL复习(MRT、泛光、延迟渲染)

多渲染目标(Multiple Render Targets)MRT

• 帧缓冲可以附加多个颜色纹理附件，一次drawcall输出多张纹理图片

泛光

• 模拟光源向四周发散出光晕，使得渲染的场景看起来更亮更真实
• 实现方式：
  • 对渲染的纹理提取超出一定亮度的片段，可以使用MRT多渲染目标技术，使用2个颜色纹理附件，在fs中指定两个颜色输出，一个为正常的场景渲染到缓冲1，另一个将超过一定亮度的颜色保留到颜色缓冲2
  • 对新的纹理模糊，可以使用高斯模糊
  • 两个纹理叠加，颜色相加再转换

延迟渲染

• early_z可以极大减少不必要的fs计算，但由于渲染顺序原因仍有一部分片元进行不必要的fs，当场景有大量光源时，这种性能消耗将变的非常巨大，想象数千个光源对每个通过early_z的片元做计算
• 两个处理阶段(Pass)
  • 几何处理阶段(Geometry Pass)，fs不做光照计算，获取对象的各种几何信息（片段世界空间的（光照计算在世界空间中） 位置，漫反射纹理颜色，法线，深度……），存储在G缓冲即帧缓冲中，利用MRT技术，所有的数据像素插值结果输出为纹理图像
  • 光照处理阶段(Lighting Pass)，使用G-buffer输出的纹理，执行光照计算，由于上个pass所有数据都是经过深度测试保留下来的，即最前面片段对应的数据，排除了不必要的光照计算
• 延迟渲染缺陷
  • 消耗显存，因为要存储大量几何数据
  • 不支持不同的光照算法（blinn_phong,PBR……）
  • 不支持半透明物体的颜色混合，颜色混合重要的事情是对物体排序，以便后面的物体更新的颜色，和前面的物体混合，但Pass2时仅有最前面的片段数据，后面片段被丢弃掉了没办法混合，本质就是缺少数据，我们解决这个问题将这些数据保留，但消耗的内存是庞大的
  • 不支持抗锯齿，采样法的抗锯齿涵盖在光栅化所有阶段，每个采样点的数据需要保留到下个pass，如果用SSAA内存消耗是巨大的，如果用MSAA，依旧要大量消耗内存，每次被图元覆盖都需要对像素着色，以便之后拷贝给对应采样点，可我们只有最顶层的片段，哪些采样点需要做着色计算，计算拷贝给哪些采样点（属于同一图元）……
• 解决缺陷
  • 使用不同光照算法的物体使用不同的pass渲染，深度测试需要使用上一次的深度缓冲
  • 如果渲染透明物体，需要在延迟渲染后进行正向渲染，因为要先渲染不透明物体，才有可混合的颜色
  • 抗锯齿使用FXAA后处理技术
• 延迟渲染 vs 正向渲染
  • 延迟渲染不容易支持一些功能
  • 在较小场景光源较少时，延迟渲染可能更慢，因为两次pass的消耗，并且有更大的时间和内存消耗

光体积

• 虽然延迟渲染是一个很大的优化，但仍不能支持非常大量的光源, 因为仍然需要为每一个光源n对每一个像素m做光照计算,m*n，这仍是非常庞大的
• 原理：计算光源的半径，只对在光体积内的像素光照计算，不在光体积的片元就不必fs计算
• 技术方案
  • 光球体数据准备阶段：依次遍历光源，求半径, 为光创建实际球体，球体中心放在光源位置
    • 求半径
      • 利用衰减方程，将完全黑暗0颜色带入公式左边，但由于衰减方程永远不会==0，只会趋近于0，所以使用近似黑暗5/256颜色值
      • 通过移项形成一元二次方程，可以通过求根公式解
  • 几何处理阶段：为场景生成G_Buffer
  • 光照处理阶段：渲染每个光球体，光栅化生成球体对应的片元，对这些片元采样G_Buffer的数据fs计算，这样不在光体积内的由于未通过覆盖性测试，不会产生片元，就不会fs
  • 如果多个光源重叠，将计算的颜色值混合处理