An Implemention of Realtime Gobal Illumination

前言：CG画面的“效果”最重要，至于达到这一效果所使用的技术倒是其次，一切的一切对于观众来说都是透明的。即使是Pixar都认为仅仅One Bounce Indirect Illumination对构建一个足够真实可信的光照效果足矣。看过这里的SII，我想你对Realtime Gobal Illumination的实现又会有一些新的认识。我实现了真实可信的Indirect Illumination效果，对比3dsmax附带的mental ray所得到的效果，同样不开阴影，我觉得我的画质更胜一筹。提供我的Demo下载，不过有个小小的BUG :-)期盼好心人帮我看一下。

　　Splatting Indirect Illumination（以下简称SII）是我目前所看过最简单的实现Indirect Illumination间接光照方法。它结合了Shadow Mapping与Defered Shading，大部分使用了Reflective Shadow Map（以下简称RSM）技术的思想。虽然说技术很简单，完全没有Realtime Raytracing夸张的计算量，也没有Realtime Radiosity的局限，是一种很适合实时渲染程序尤其是游戏的技术，用来实现逼真可信的Indirect Illumination间接光照效果，再结合现有的Local Illumination算法如IBL光照，Ambient Occlusion等，完全可以实现电影级别的渲染质量。这一点在Pixar的设计思想中就有所提及。

　　SII是源自于RSM的算法，所以在实现SII前需要解释一下RSM。RSM由4个Render Target（以下简称RT）组成：Depth Component、World Space Coordinates、World Space Normal、Flux。前面三者都很大众化了，直接绑定浮点纹理到FramebufferObject在Fragment Shader中输出就可以了，而最后一个Flux需要解释。

　　在RSM的思路中，每一个在Light View的Depth Map中出现的点，都是对场景的间接光照效果有贡献的，这里叫做pixel light。对于每一个pixel light，我们可以首先设想它是无限小的，那么它在ω方向上发出的光强就是，

　　同理，对于点x及其向量n来说，pixel light对它光照的贡献就是，

　　然后，我们可以近似的认为，场景中每一个点的光照都可以通过积分这些pixel light的贡献获得，

　　对于Glossy物体，如果使用类似于Phong的光照模型我们有，

　　对于原始的RSM算法，从RSM贴图中收集gather所有的象素点进行计算耗费很大，于是在SII中就采用了改进的策略，采样。这里我们先不做处理，使用Hammersley点集分布。如下图，样本数目为64，

　　下面准备开始实现。

1、首先我们从LightView渲染整个场景，渲染到World Position、World Normal、Flux 3张RenderTarget中去。

2、然后我们准备Defering Shading RenderTarget，也就是从摄像机渲染场景，得到World Position、World Normal、Diffuse、Specular、Shininess等光照计算需要的参数。

3、使用点集采样[1]中得到的纹理，再输出到同[1]中相同的RT中去。

4、在最终渲染遍中，使用[2]、[3]中的数据进行光照计算。

　　在这个里面有几个技巧，第一个是怎样快速的生成RTs，答案当然是MRT。我使用了GL_RGBA_FLOAT16_ATI作为FBO的Attachment，相比GL_RGBA32F_ARB，FP16格式可以保证足够的精度，最重要的是硬件可以做GL_LINEAR过滤，而FP32硬件只支持NEAREST过滤。在我的7300GO上使用两种浮点纹理，效果几乎没有任何差别，而通过内存监测可以得知FP32让一切都变得很巨大。

　　这里是只使用一个VPL进行渲染得到的黑白效果图，可以看到Local Illumination的效果很明显。右边是使用了64个VPLs得到的效果

　　这里是使用3dsmax的mental ray渲染的，使用了一个SpotLight，没有开启GI，因为开了GI后Photon Mapping得到的图简直惨不忍睹，实在没有耐心去调整参数。

　　导出整个3DS场景，这是实时渲染的结果，使用了一个Spot Texture，仅仅是为了玩 :-)。同样，没有渲染阴影。

　　这是使用了128个VPLs后渲染得到的场景。为了简化计算我把SpotLight当成了Point Light。

　　在这个经典的Cornel Box中站立着圣母、圣子的雕像，左边右边分别是红色与绿色的Diffuse面，雕像的身上体现了两种漫反射颜色的影响，天花板上也有浅浅的红色和绿色。如果再加上阴影和Ambient Occlusion和IBL那么效果将更加的完美，在这里我成功的实现了间接光照，最重要的是，一切的一切都是实时的。

　　DEMO可以在这里下载，不过有个小小的BUG，渲染几个Frame后就黑屏了，不知道是不是缓冲切换的问题还是其他什么的，我还不是很清楚，如果你看程序麻烦帮我看看，有结果的可以联系我，谢谢！