在Unity中实现屏幕空间反射Screen Space Reflection(1)

本篇文章我会介绍一下我自己在Unity中实现的SSR效果
出发点是理解SSR效果的原理,因此最终效果不是非常完美的(代码都是够用就行),但是从学习的角度来说足以学习到SSR中的核心算法。
如果对核心算法没有兴趣,可以直接使用Unity官方的PostProcessing库,其中包含了一个SSR效果。(其实现来自于casual effects)

参考资料:
https://github.com/Unity-Technologies/PostProcessing
http://www.kode80.com/blog/2015/03/11/screen-space-reflections-in-unity-5/
http://casual-effects.blogspot.com/2014/08/screen-space-ray-tracing.html

完成的工程:
https://github.com/yangrc1234/ScreenSpaceReflection
目前只在2017.1、DirectX下实现,没有进行其他测试。除非以后有需求,否则可能不会更新这个repo,毕竟官方已经有解决方案了,没必要重复造轮子。这个repo用于学习目的就行了。
一些shader的宏、变量可能是2017.1才有的,如果老版本编译不过欢迎提issue。

第一部分包含屏幕空间反射的定义、以及一个最初步的实现。

屏幕空间反射

屏幕空间反射是一个后处理效果。通过对屏幕空间的画面,按一定方式投射光线,采样光线路径上的像素,得到一个点上的反射颜色。
比如说,对于一个像素A,我们去计算它的反射。要计算反射,我们必须要知道视线方向和该点的空间位置以及的法线方向,从而计算出光线的方向。
视线方向好说,空间位置,我们可以从深度贴图中还原出来。法线方向意味着屏幕空间反射只能在Deferred Rendering下进行。在Deferred Rendering下我们可以轻松的从GBuffer中得到一个点的法线方向。

获取这些信息后,我们就可以开始投射光线了。每次光线步进,我们都将当前位置的点再投影到屏幕空间上,去采样屏幕上的像素。如果我们计算得到(如何计算等下再说)该像素是光线路径上的一点,我们就可以将该点返回作为结果了。

以下是实际代码:

    [ImageEffectOpaque]
    private void OnRenderImage(RenderTexture source, RenderTexture destination) {
        mat.SetTexture("_BackfaceTex", GetBackfaceTexture());
        mat.SetMatrix("_WorldToView", GetComponent<Camera>().worldToCameraMatrix);        //emmmmm不知道为什么UNITY_MATRIX_V在这里变成了一个单位矩阵。需要手动设置world to view的矩阵。
        Graphics.Blit(source, destination, mat,0);    
    }
			v2f vert (appdata v)
			{
				v2f o;
				o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
				o.uv = v.uv;
				float4 cameraRay = float4(v.uv * 2.0 - 1.0, 1.0, 1.0);    //作为一个后期特效,我们可以通过uv坐标,来获得相机光线方向。注意坐标z为1.0,这里的cameraRay是从原点到far clip plane的光线
				cameraRay = mul(unity_CameraInvProjection, cameraRay);    //将相机光线从clip space转移到view space
				o.csRay = cameraRay / cameraRay.w;           
				return o;
			}

                        fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
			{
				float decodedDepth = Linear01Depth(tex2D(_CameraDepthTexture, i.uv).r);    
				float3 csRayOrigin = decodedDepth * i.csRay;        //因为i.csRay是指着far clip plane的光线,此时csRayOrigin是view space的光线起点
				float3 wsNormal = tex2D(_CameraGBufferTexture2, i.uv).rgb * 2.0 - 1.0;    //世界坐标系下的法线
				float3 csNormal = normalize(mul((float3x3)_WorldToView, wsNormal));    //将转换到view space

                                float2 hitPixel;
				float3 debugCol;
                                        
				if (traceRay(        //检测相交
						csRayOrigin, 
						normalize(reflect(csRayOrigin, csNormal)),
						hitPixel,    //out
						debugCol))    //out
				{
				        reflection = (1 - rayPercent) * tex2D(_MainTex, hitPixel);
				}
				//return float4(debugCol, 1);
				return tex2D(_MainTex, i.uv) + tex2D(_CameraGBufferTexture1,i.uv) * half4(reflection,1);
			}

在traceRay方法中,我们进行实际的光线投射、相交检测。
traceRay的签名中我设置了一个debugCol的参数,当我需要debug这个函数时,我将需要debug的内容放到debugCol中,在main里输出debugCol的颜色。这只是我个人的习惯。
对于反射颜色的计算,我只是简单的获取了那个像素的颜色,然后加到输出里去而已。事实上,因为我们是在Deferred rendering模式下,我们可以获取到该点的所有的用于着色的信息,用这些信息我们可以进行一次完整的基于物理着色。在PostProcessing中的SSR就是这么做的,可以参考一下。

posted @ 2017-09-22 13:24  yangrc1234  阅读(18542)  评论(0编辑  收藏  举报