Light Pre-pass Render

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.