GPU Down Sampling For Point Based Rendering

摘要：点渲染技术的EWA渲染方式能够有俺们的实时GPU超采样产生的图效果好么？肯定是不会有的啦。
Abstract : Is the EWA splatting will be better than my GPU multipass supersampling method ? Of course Not !
Zusammemfassung : Ist die EWA splatting so besser als meine GPU multipass supersampling Methode ? Naturlich nicht!

　　经过仔细的测试以及权衡，我决定抛弃EWA过滤技术转向GPU超采样的方式对基于点渲染的图像进行过滤。

　　During careful benchmark and balancing, I decide to abandon the EWA filter, turn to use GPU supersampling filter method in offline rendering, did as the same as NVIDIA Gelato.

　　具体的做法跟Gelato一样。在硬件能力允许的情况下光栅化超大分辨率的图像，尔后使用离线渲染器使用的过滤器（Catmull-Rom、Gaussian、Sinc等等）在帧缓冲中进行X方向与Y方向上的卷积过滤，结果的图像素质远远超过EWA过滤得到的效果，近似达到离线渲染的水平，性能上却几乎没有损失，避免了使用硬件提供的蹩脚的MSAA。

　　We will render the whole scene into a big enough RT( Render Target ) not beyond the capability of hardware, filter this RT by Catmull-Rom, gaussian, sinc filters etc. It divides into X and Y pass, results nearly as the same result as offline render for preview relighting result, its quality is much better than EWA, avoid to using MSAA supplied by poor hardware.

　　做法很简单。根据用户设定的超采样率，将图像渲染到RT（Render Target，下同）里。尔后采样过滤器生成查找表，计算真实过滤半径。将原始RT的纹理寻址模式设置为GL_CLAMP_TO_EDGE，而不能使用GL_CLAMP或者GL_REPEAT。建立FBO，建立2张临时RT，第一个临时RT储存X方向上过滤后的结果，第二张储存完全过滤后的结果，如果用户需要则输出为指定格式图片。下面是一些琐碎的代码块和图，仅供参考。过滤器代码来自RenderMan Interface Specfication。

     int  SSRate  =  RT.width()  /  DstSizeX; // 计算超采样率，为了省事XY方向上的超采样率相同
     int  RealRadius  =  FilterRadius * SSRate;
     float  WeightSum  =   0.0f ;
     for (  int  i =- RealRadius; i < RealRadius; i ++  )
     {
        float W = RiCatmullRomFilter( (i+0.5)/(float)RealRadius,0, FilterRadius, FilterRadius);
        WeightSum += W;
        Weights.push_back( W );
    }
     float *  WeightPtr  =   new   float [ Weights.size() ];
     for ( size_t i = 0 ; i < Weights.size(); i ++  )
     {
        WeightPtr[i] = Weights[i] / WeightSum;
        printf("%f\n",WeightPtr[i]);
    }
    glGenTextures( 1 , & FilterTex); // 过滤器纹理
    glBindTexture(GL_TEXTURE_RECTANGLE_ARB,FilterTex);
    glTexImage2D(GL_TEXTURE_RECTANGLE_ARB, 0 ,GL_ALPHA32F_ARB,Weights.size(), 1 , 0 ,GL_ALPHA,GL_FLOAT,WeightPtr);
    glTexParameterf(GL_TEXTURE_RECTANGLE_ARB,GL_TEXTURE_MIN_FILTER,GL_NEAREST);
    glTexParameterf(GL_TEXTURE_RECTANGLE_ARB,GL_TEXTURE_MAG_FILTER,GL_NEAREST);
    glTexParameterf(GL_TEXTURE_RECTANGLE_ARB,GL_TEXTURE_WRAP_S,GL_CLAMP_TO_EDGE);
    glTexParameterf(GL_TEXTURE_RECTANGLE_ARB,GL_TEXTURE_WRAP_T,GL_CLAMP_TO_EDGE);
    delete [] WeightPtr;
    Weights.clear();

// Copyright Bo Schwarzstein ( bo[dot]schwarzstein[at]gmail[dot]com ) 2008
// Filter on X|Y direction, Y is in comment.
// TEX0 binds the origin sampler
// TEX1 binds the filter weights
// WeightNum is used for loop
// SSRate is used to calculate the correct pixel offset on orgin sampler

uniform samplerRect TEX0;
uniform samplerRect TEX1;
uniform  int  WeightNum;
uniform  int  SSRate;

void  main()
{
    vec4 WPOS = gl_FragCoord;

    vec2 Center = vec2( (WPOS.x+0.5)*float(SSRate), WPOS.y );//vec2 Center = vec2( WPOS.x, (ceil(WPOS.y)+0.5)*float(SSRate) );
    for( int i=0; i<WeightNum; i++ )
    {
        float Weight = textureRect( TEX1, vec2(float(i)+0.5,0.0) ).a;
        gl_FragColor += Weight*textureRect(TEX0,Center + vec2(float( i - WeightNum ),0.0));
    }
}

 一个局部地带（点击查看大图）
Local Area ( click to view large picture )

过滤半径为2x2，超采样率4x4，左边是Gaussian过滤器，右边是Catmull-Rom过滤器（点击查看大图）
filter Radius 2x2, supersampling Rate 4x4, left is using gaussian filter, right is using catmull-rom filter ( click to view large picture )

　　有些朋友可能会说，“你个丫的不知道分Tile？”，是的，我尝试过，可是如果分Tile进行渲染，基于点渲染的技术将全部被推翻，具体表现为使用经过修改的透视变换矩阵得到的点是不对头的，也就无法进行“透视正确的点的尺寸的计算”。而且分多Tile势必浪费了不少像素填充率，还不如直接渲染个超大尺寸的RT快速。

　　Maybe some guy will say, " you big shit why not render tile by tile ?", yes, I tried, if did that, the all GPU point based rendering method will become "shit". Because if we rendering tile with modified perspective matrix, it will be wrong, it's not perspective correct result.