KlayGE 4.4中渲染的改进(四):SSSSS

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本系列的上一篇提到了KlayGE 4.4将会出现的高质量地形渲染。本篇仍讲一个新功能,Screen Space Sub Surface Scattering(SSSSS)和Translucency。这两个效果都是由团队成员石裕隆实现的。

Sub Surface Scattering(SSS)对渲染效果的提升有很明显的左右,尤其是皮肤和植被之类物体。早在GPU Gems 1里就有在texture space作的近似SSSGPU Gems 3里的方法更是大张旗鼓地用了多次Gaussian来逼近Dipole,在texture space作6次blur后线性叠加,得到非常真实的皮肤效果。但这么做的开销实在太大了。

首先看看直接用Blinn Phong BRDF渲染的结果,皮肤本身看起来很塑料。

No SSS

SSSSS

到了GPU Pro里,Jorge Jimenez等人提出了SSSSS的方法。在screen space而不是texture space做blur和叠加,以小得多的开销很好地逼近了原有的效果。顾名思义,SSSSS的好处来自于它是screen space的,所以只需要对全屏做一次,不管有多少物体。这一点比texture space的方法就强得多了。所以这个方法迅速被UE3、CE3等主流引擎使用。

在核心思想上,SSSSS的和原先的texture space方法一样,仍是把shading后的结果多次blur并叠加的方式,来得到SSS的效果。不同的是,每一次blur可以乘上一定的权重,累加到目标texture,而不用把多次blur的结果都保存下来,最终才累加。这样时间和空间都省了。GPU Pro里还进一步把6次blur减少到了4次,每次的权重也相应调整。由于第一次blur的kernel小于1个pixel,并且权重为1,所以第一次blur直接变成了一个copy。真正需要做Gaussian blur的只有3次了。累加的权重随着物体的不同有所不同,GPU Pro里列出了皮肤和大理石两种物体的权重取值。另外,由于是screen space,在blur的时候需要根据depth信息忽略一些pixel,否则会全部糊在一起。

最终SSSSS可以整理成一系列post process,并可以用stencil把需要处理的pixel标记出来,以减少浪费。这些都是比较平常的图像操作而已。有个特别之处在于他们的alpha workflow,那里用了两种平常很少用到的alpha blending操作手法。这里详细描述一下。

流程图

这里的流程如图所示。Gaussian blur被分解成x和y两个方向的两次操作。原texture经过x方向的blur后,进入RT2。RT2进一步经过y方向的blur,同时输出到2张texture。第一个就是平常的写入RT1。第二个需要做blending到RTF,而这个blend的系数不是来自于PS输出的alpha,而是RGB三个通道分别指定一个常数。

Alpha blending workflow

Independent blending

MRT如果开启了alpha blending,那么默认情况下会让所有的RT都用同样的方式。在DX10+以上的GPU上,支持independent blending,可以给不同的RT不同的alpha blending方式。在这里,RT0是关闭alpha blending的,RT1打开alpha blending,但blend op等其他参数都一样。

Blend factor

最常用的alpha blending是SrcRGB * SrcAlpha + DstRGB * (1 – SrcAlpha)这样的方式。而这里需要的是RGB分别用不同的系数(但全屏都用那组系数),来模拟不同频率的光有不同的穿透力。所以这里SrcBlend需要设置为BLEND_FACTOR,DestBlend设置为INV_BLEND_FACTOR。并且在设置alpha blending状态的时候提供一个float4的factor,分别代表RGBA的系数。

最终我们可以得到一个更有皮肤质感的结果。输入仅仅是shading的结果,以及一个调节皮肤细嫩程度的系数。

SSSSS

Translucency

即便加上了SSSSS,皮肤可以逼真很多。但对于薄的地方,比如耳朵,除了SSS的贡献,还有很大一部分其实来自于光线的透射,也就是translucency的贡献。只有SSSSS也无法表达出耳朵的透光,需要另一个方法来做这件事情。幸运的是,Jorge Jimenez也开发出了这样的方法,并且也可以整理成一个screen space的post process。更有意思的是,translucency的结果只要直接叠加到原先shading上就可以了。可以单独使用,也可以和前面的SSSSS联合使用。

SSSSS and translucency

这个screen space translucency的输入是normal、diffuse、shading和shadow map,都是deferred rendering里现成的东西。所以可以很容易集成到现有pipeline。

本篇讲了新的SSS的方法,下一篇是本系列的终结篇,将OpenGL和OpenGLES方面的改进。

posted on 2013-12-25 11:55  龚敏敏  阅读(1477)  评论(0编辑  收藏  举报