全局光照：VPL(Virtual Point Light)

VPL(Virtual Point Light 虚拟点光源)

 算法有很多，但是中心思想是以虚拟的点光源为间接光提供光照。

 

RSM(Reflective Shadow Map 反射阴影贴图)：

1.shadow map的升级版，在shadow map的时候，我们会获取light空间的深度图，以此为基础判断阴影遮蔽。但是RSM除了记录depth以外，还需要记录PN（Position & Normal）和辐射通量（radiant flux），这个辐射通量计算起来比较麻烦。

辐射通量即是intensity* solid angle，对于平行光源来说，可以认为每个像素都占有了相同的solid angle，因此辐射通量是一个常数。而对于聚光灯来说，越偏离主方向的像素占有的solid angle 越小，因此需要乘上一个 cosine 因子（如果考虑intensity的衰减，那么还要乘上相应的衰减因子）。最后需要存储的反射辐射通量，因此还要乘上一个反射系数。

这个是计算光强度的，辐射通量和法线方向已知。

 

2.在渲染的时候怎么利用Reflective Shadow Map得到场景中任意一点x的E_1呢，首先将x投影到light space，得到在RSM中的参数坐标(s, t)，在这里近似的采样RSM中位于点 (s, t) 附近的像素点作为pixel light set，若x点的法线为n，那么每个 pixel light （设为p）对点 x 贡献的辐射度为：

 

SII (Splatting Indirect Illumination 泼洒间接光照)：

RSM的最大缺点就是每个像素都需要采样好几个light point，然后计算光照强度，这样会引入大量的计算。为此，SII的思路是：

1.首先在 RSM 中采样一定数量的 pixel lights，采样不一定是均匀分布的，比如在整体辐射通量比较高的地方可以采样更多的点（importance sampling）。

2.然后每一个 pixel lights被当作一个 virtual point light（VPL），并投影到screen space。每一个VPL跟据它的flux和normal可以得到一个影响区域（比如可表现为screen space 中的一个矩形区域），并假设仅所有位于这个区域内的点受到此VPL的照明（也就是相当于将VPL的flux溅射（splat）在其整个影响区域中）。

3.最后就是用 deferred shading的那一套进行光照计算即可。

这种方式，其实就是统一进行采样，然后把采样的light point当做点光源，进行延迟光照。

 

MSII(Multiresolution splatting for indirect illumination)：

MSII在性能上应该没有太大的体现，只是在效果上更接近全局光照，它的理论基础是间接的这种低频光照，对相邻像素引擎的变化不会太大。如果使用SII的话，由于虚拟点光源是局部的，很容易造成，那种不同点光源区域的像素之间差异比较大。

1.首先将screen划分成为一个较低分辨率（比如16*16）的网格，每个格子称为一个subsplat

2.然后分别考查每一个subsplat，对于几何变化较小的subsplat来说，可以直接在这个低分辨率粒度下进行splatting，当计算完成后整个subsplat将得到相同的辐照度，这个结果已经足够。

3.但是对于几何不连续的subsplat，则还需要进行进一步的划分（这就是为什么称为multiresolution splatting）。对于是否还进行进一步划分可以通过min-max mipmap来判断，这里需要建立四张mipmap，一张存depth，另外三张分别存normal的三个分量。每次划分将一个subsplat分成四个sub-subsplats, 然后再分成16个…就这样通过层次性地细化来完成整个的splatting过程。

从算法的复杂度来讲，这种方式的算法是比较复杂的，但是它相对于光线追踪优秀的是，光线追踪的效率不会收敛反而会因为三角形面片的增加而俱增，而MSII的效率比较稳定。

龚大实现的流程图：

 

 

 

CE3全局光照：

1.它也是基于RSM实现的，所不同的是在采集完虚拟的点光源后，用一个3D纹理(32×32×32)把所有的虚拟光源存储起来。

2.对每个虚拟光源进行SH球谐光照计算，把计算的结果保存到3D纹理中，每一个都这样计算一遍。这两步其实就是把光在空间里面进行传递，传递后的结果就是3D纹理中每一个格子的光照值。

3.最后，直接使用世界空间的坐标对3D纹理进行访问，获取间接光照值，进行混合。

 

从效果上来说，CE3这个应该是最好的，复杂度也高一些，这也算是融合了VPL和SH吧。这种全局光照的算法，始终都是打补丁的方式，你要增加更好的效果，就必须增加算法的复杂度。我并不推崇这种算法，相比而言我更喜欢光线追踪这种类型的。