皮肤的实时3S渲染（OpenGL + GLSL）

人的皮肤之所以看上去比较柔和自然，主要是由于各层皮肤对光线的散射，通过实验测试表明，光线接触到皮肤时，有大约96%被皮肤各层散射了，只有大约4%被反射。下面就是光线经过皮肤散射和反射的示意图（摘录自Gary J. Katz的"Skin Rendering"）：

这种皮肤各层对光的散射就是次表面散射效果（SubSurface Scattering），简称3S效果。这种效果的一种计算模型是Jensen的BSSRDF模型。BSSRDF中计算Rd的方程如下：

次表面散射分为2种：Single Scattering和Multiple Scattering，因为皮肤散射是以Multiple Scattering为主，所以这里我只计算皮肤的Multiple Scattering效果。我这里采用的方法是Carsten Dachsbacher和Marc Stamminger的论文"Translucent Shadow Maps"中描述的方法，就是以光源为视点来计算得到Irradiance Map, Depth Map和Normal Map，分别用来存储Incoming Irradiance , Depth和Normal（以光源为视点）。这里比较关键的是如何从Camera Space转换到Light Space，窃以为Paul's Project的关于空间转换的示意图很是经典，清晰明了，让人一看即明白，现摘录如下：


我这里使用OpenGL+GLSL来实现Translucent Shadow Maps，首先用FBO来渲染3张Texture：Irradiance Map, Depth Map和Normal Map，然后通过获取每个Fragment的Irradiance, Depth和Normal，根据上面所讲的公式来计算Rd，然后通过hierarchical filtering（通过MipMaps）来模拟Multiple Scattering，这里采用的是"Translucent Shadow Maps"论文中的21采样点过滤法，如下图所示：

最后的实现效果截图如下：



上图左边的3张图分别是：Depth Map, Irradiance Map和Normal Map（以光源为视点）。

下一步工作：

1。优化，提高效率；
2。支持纹理贴图；
3。支持动画。

欢迎广大同好交流、批评和指正，any comment will be welcomed!