Light Pre-pass Render
Posted In 20 Jun 2015 Tagged With Notes Graphics
简介
Light Pre-pass 渲染器 [0] 是延迟渲染的一种修改版。 渲染步骤大致如下：
- 渲染场景法线与深度到MRT中
- 计算Light Buffer
- 从Light Buffer中获得光照参数，重建着色方程
- 进行Forward Rendering，排序由前至后
此方法的优点有：
- 更小的G-Buffer
- 支持MSAA
- 支持没有MRT的设备
光照方程
常用的就是Phong [1] 与Blinn-Phong [2] 了，先复习一下其原理：
| Name | Detail | Name | Detail |
|---|---|---|---|
| N | 平面法线 | L | 光的方向 |
| V | 视角方向 | R | L对N镜像 |
| H | L + V |
Phong模型
- N与L的点积，控制漫反射分量
- R与V的点积的n次方，控制镜面反射分量，n代表shininess
| Name | Detail | Name | Detail |
|---|---|---|---|
| K | Color | Att | Attenuation |
| a | Ambient | s | Specular |
| d | diffuse | n | shininess |
| IT | Intensity | l | Light |
L对N的镜像R的计算：
Blinn-Phong模型
- N与L的点积，控制漫反射分量
- N与H的点积的n次方，控制镜面反射分量，n代表shininess
渲染器设计
属于灯光的参数：
light
{
color,
shininess/power
}
属于材质的参数：
material
{
specular_color,
specular_intensity,
diffuse_color,
diffuse_intensity,
shininess/power
}
我们需要重建的光照方程，使用Blinn-Phong光照模型：
color = ambient + shadow * attenuation * (
mat_diff * diff_intensity * light_color * N * L +
mat_spec * spec_intensity * ((N * H)^n)^m
)
| Name | Detail | Name | Detail |
|---|---|---|---|
| attenuation | 控制灯光的衰减 | intensity | 控制光照的强度 |
| n | 灯光的亮度 | m | 材质的亮度 |
光照方程中，与灯光相关参数：
- N * L
- light.color
- (N * H) ^ n
- attenuation
我们将其存储到Light Buffer中，用于后续渲染中对光照方程的重建：
light_buffer.rgb = light_color.rgb * N * L * attenuation
light_buffer.a = (N * H)^n * N * L * attenuation
N * L * attenuation
若需要重建高光反射分量，则共需要两个Render Target。
在这里，我们可以转换 N * L * attenuation 到 luminance [3]，这两个值非常接近：
luminance = N * L * attenuation
= (0.2126 * R + 0.7152 * G + 0.0722 * B)
这样我们就可以重建高光反射分量，并且仅需要一个Render Target：
(N * H)^n = light_buffer.a / luminance
= ((N * H)^n * N * L * attenuation) / (N * L * attenuation);
附录
[0] Wolfgang Engel. Light Pre-Pass Renderer. Diary of a Graphics Programmer.
[1] Wikipedia. Phong Reflection Model.
[2] Wikipedia. Blinn Phong Shading Model.
[3] Wolfgang Engel. Light Pre-Pass More Blood. Diary of a Graphics Programmer.