Stochastic Screen Space Reflections(三):实现与优化

必须在延迟管线下渲染，且在不透明后，半透明前渲染

本文在Xerxes1138的基础上进行改进

实现

Xerxes1138的实现比Siggraph2015的步骤省略了不少内容

少了Tile分类和Hi-Z Trace

首先逐个pass来看他的实现过程

Recursive Pass

//uv-速度(回到上一帧uv) 
float2 prevUV = uv - velocity; 
//上一帧渲染结果 
float4 sceneColor = SAMPLE_TEXTURE2D(_MainTex, sampler_MainTex,prevUV); 
return sceneColor;

返回上一帧着色结果，包括上一帧的StoSSR结果，这样就能模拟出多Bounces的结果，接下来的RayTrace采样就是用这张RT

RayCast Pass

该Pass返回RayTrace hit到的点的位置为一张RT，RayMask为另一张RT表示没有反射到物体的情况

此处用的RayTrace类型只有一种，就是RayMarch获取hit点，这个方法精度是不如Hi-Z的，原文的步骤有一个块的分类，对重要的部分采用Hi-Z采样

 

Hi-Z

关于hierarchical tracing，在GPU Pro5中有详细介绍，

需要生成一个visible buffer的Mip Chain([Hermanns15])

在Sig15里面的介绍：

整体来讲就是一个先加速后减速的trace过程，这个过程减少了每步都是一小步进行检测的消耗，结果也比较准确基本和每步一小步结果一样

MipMapBlur Pass

这一步就是构造一个Mip Chain，来模拟不同粗糙度的反射结果，使用5个Mip级别与Surge中相同

Xerxes1138中横向Blur一次+纵向Blur一次算一个Mip，相当于10次Pass，此处可以直接用mipmap处理比较省

Resolve Pass

此步骤使用Trace返回的hit点的位置与Mip chain根据粗糙度进行最终颜色处理，生成反射颜色

如果开启ReUse，那么就用相邻点(Xerxes1138中是4个)混合，来模拟Cone Trace

Temporal Pass

该步骤做TAA处理，可以大量降低噪声

原理就是与前一帧渲染结果(CPU传入，不是UV算的)做混合，前一阵渲染结果需要过滤，需要clamp在周围8个采样点包括当前点一共9个点的明暗范围之内

//
//pass:temporal(第五步)
//返回:TAA后结果
//与前一帧渲染结果做混合，前一阵渲染结果需要过滤，需要clamp在周围8个采样点包括当前点一共9个点的明暗范围之内
//
	void temporal (VaryingsDefault i, out half4 reflection : SV_Target)
	{	
		float2 uv = i.texcoordStereo;
		//获取信息
		//深度/屏幕空间位置/速度/_RayCast？
		float depth = GetDepth(/*_CameraDepthTexture,*/ uv);
		float3 screenPos = GetScreenPos(uv, depth);
		float2 velocity = GetVelocity(uv); // 5.4 motion vector
		float2 hitPacked = SAMPLE_TEXTURE2D_LOD(_RayCast, sampler_RayCast, uv,0);//  tex2Dlod(_RayCast, float4(uv, 0.0, 0.0));

		float2 averageDepthMin = min(hitPacked, velocity);
		float2 averageDepthMax = max(hitPacked, velocity);

		//velocity = clamp(velocity, averageDepthMin, averageDepthMax);
		//获取上一帧UV
		float2 prevUV = uv - velocity;
		//当前RT
		float4 current =SAMPLE_TEXTURE2D(_MainTex, sampler_MainTex,uv);
		//上一帧RT，用上一帧UV取
		float4 previous = SAMPLE_TEXTURE2D(_PreviousBuffer, sampler_PreviousBuffer,prevUV);
		//一个像素长宽
		float2 du = float2(1.0 / _ScreenSize.x, 0.0);
		float2 dv = float2(0.0, 1.0 / _ScreenSize.y);
		//一个点周围8个采样
		float4 currentTopLeft =SAMPLE_TEXTURE2D(_MainTex, sampler_MainTex,uv.xy - dv - du);
		float4 currentTopCenter =SAMPLE_TEXTURE2D(_MainTex, sampler_MainTex, uv.xy - dv);
		float4 currentTopRight = SAMPLE_TEXTURE2D(_MainTex, sampler_MainTex,uv.xy - dv + du);
		float4 currentMiddleLeft = SAMPLE_TEXTURE2D(_MainTex, sampler_MainTex,uv.xy - du);
		float4 currentMiddleCenter = SAMPLE_TEXTURE2D(_MainTex, sampler_MainTex,uv.xy);
		float4 currentMiddleRight = SAMPLE_TEXTURE2D(_MainTex, sampler_MainTex, uv.xy + du);
		float4 currentBottomLeft = SAMPLE_TEXTURE2D(_MainTex, sampler_MainTex,uv.xy + dv - du);
		float4 currentBottomCenter = SAMPLE_TEXTURE2D(_MainTex, sampler_MainTex,uv.xy + dv);
		float4 currentBottomRight = SAMPLE_TEXTURE2D(_MainTex, sampler_MainTex,uv.xy + dv + du);
		//取最暗采样点
		float4 currentMin = min(currentTopLeft, min(currentTopCenter, min(currentTopRight, min(currentMiddleLeft, min(currentMiddleCenter, min(currentMiddleRight, min(currentBottomLeft, min(currentBottomCenter, currentBottomRight))))))));
		//取最明采样点
		float4 currentMax = max(currentTopLeft, max(currentTopCenter, max(currentTopRight, max(currentMiddleLeft, max(currentMiddleCenter, max(currentMiddleRight, max(currentBottomLeft, max(currentBottomCenter, currentBottomRight))))))));

		float scale = _TScale;
		//平均混合最明和最暗
		float4 center = (currentMin + currentMax) * 0.5f;
		//缩放明暗差
		currentMin = (currentMin - center) * scale + center;
		currentMax = (currentMax - center) * scale + center;
		//将上一帧Buffer clamp到 当前采样点 min max范围内
		previous = clamp(previous, currentMin, currentMax);
		//混合当前RT和移动前RT颜色，/velocity移动距离(速度)越大，约接近当前RT值/velocity移动距离(速度)越小，约接近移动前RT值
    	reflection = lerp(current, previous, saturate(_TResponse *  (1 - length(velocity) * 8)) );
	}

Combine Pass

混合场景颜色和反射颜色

根据mask混合_CameraReflectionsTexture和反射计算结果的值 再加上 (场景颜色-_CameraReflectionsTexture)

float4 sceneColor = SAMPLE_TEXTURE2D(_MainTex, sampler_MainTex,uv);//tex2D(_MainTex,  uv);
//场景色-cubeMap颜色
sceneColor.rgb = max(1e-5, sceneColor.rgb - cubemap.rgb);
//最终结果，混合反射结果和cubemap值
sceneColor.rgb += lerp(cubemap.rgb, reflection.rgb, mask); 

此处的场景颜色为当前帧渲染source

 

问题

射线ReUse产生Artifact

此处可以加个判断，如果邻居点与当前点法线角度差太多就不混合结果。因为如果是粗糙表面，cone trace也有一个角度范围限制的，模拟一个面的反射，不会角度相差很多。

但是如果相邻点在角度差别不大的两个物体，依然会有artifact产生

参考：

1.[Hermanns15] Lukas Hermanns "Screen space cone tracing for glossy reflections"
http://publica.fraunhofer.de/documents/N-336466.html
 

 

----- by wolf96 https://blog.csdn.net/wolf96