color-bleeding map ( 颜色扩散贴图/辉映贴图 )

 

Half-Life 2 在Quake2的Lightmap 技术基础上结合了Normap，成为Normapped Radiosity Lighting，也有叫做Bumpped Radiosity Lightmap;

Half-Life 2 将Q2的光照技术发挥到了极致，然而还是不能动起来...

 

我尝试着用Radiosity 实现了Lightmap（没有Normap），并且竭力想让静态的Lightmap 和实时的Shadow mapping 融合起来；经过一系列的研究和尝试，初步实现了这一结果。

 

 

 

上图中红色的光源是动态光源，采用了Shadowmapping + Project Spot Texture 是聚光灯效果；白色的光源是静态光，用来预先计算Lightmap；运行时在Fragment Shader中将Lightmap 采样颜色和Shadow mapping /Pixel Lighting 颜色相加作为光照颜色，再和基本的Color 或者Texture 相乘；

多个实时光源简单的采用多遍渲染到纹理，然后在屏幕空间相加混合的方法融合在一起；最后再在屏幕空间和渲染场景（将实时地Shadow map 投影在屏幕上），与Lightmap纹理相加混合；然后不幸的事情是实时实时地阴影无法在光照图上变暗，因为阴影和Lightmap相加无法使其变暗；用阴影反相相减的方法，也许能够解决这个问题，但是现在我还没有找到完美的解决方案；不过在这里，这个问题不重要；因为我要重点介绍的东西，不是这个；

 

在竭力追求静态Lightmap 和 实时Shadow / Lighting 如何融合的问题上，为了让走进Lightmap的阴影的物体可以变暗，我曾想在输出lightmap的同时输出每个静态光源的Shadow Detph Map；因为Lightmap 是颜色图，已经不包含遮挡信息；必须使用附加的遮挡信息才能重建阴影信息；想来想去，觉得有点多此一举；

 

后来突发奇想，何不只要辐射度照明在光源对每像素光照之后的表面颜色扩散部分？

想法有了以后，立刻进行试验；于是我得到了标题所提到的“颜色扩散贴图”；那个时候我没有找到一个合适的名词来命名这个概念，我想把它叫做“环境辐射（Ambient Radiosity）”，但是总有沿袭 Ambient Occlusion 之嫌，所以并不满意；后来和skybreaker在交流Radiosity的时候，提到了我的想法；天才的skybreaker对这个增强部分称之为“color bleeding”;

 

skybreaker 是天才...

 

非常感谢skybreaker帮我想了一个准确的命名...我把这个增强的间接照明命名为“颜色扩散贴图（color-bleeding map）”，表示全局照明中，直接照明之后的间接照明部分。但是不能动的问题还是没有解决阿？呵呵，我们可以这样想：间接照明部分强调的是整体效果，而不是细节；所以动不动不重要；但是我把它和shadow map剥离以后，shadow map 就可以动了！进入阴影区的物体也会蒙上阴影；最后在把渲染好的color bleeding 屏幕纹理蒙上去。。。这样有了真实可信的间接照明（但是不能动）；

 

虽然Crytek的ssao可是实时变化，而且效果还是令人满意的，但它只是遮挡的明暗信息，却没有表面对光的漫射信息；颜色扩散贴图可以解决这个问题。颜色扩散贴图不能动，但是不重要。

 

受ssao启发，我在想颜色扩散贴图是否也可以向ssao的方法一样把颜色扩散出去？但是仔细想过以后，发现没有这么简单；现在的实时辐射度不就是在做的这个么？即便有这种可能，对于屏幕每个象素要采集的影响因子恐怕不只是周围的几个像素了。我想过采集周围的三角面，只用顶点来color bleed，采用二次衰减以及N*L方法。。。

 

这个话题有点远了，不过我会尝试的。和大家分享一下我的渲染效果图吧，时间仓促，做的粗糙，请各位谅解 ：）

 

 

 

< shadow map >

场景只有一个白色光源，红墙和绿墙遮挡出的阴影是纯黑色的，因为没有光源直接照射，没有环境光，也来自其他表面的间接照明，

他们各自的表面也只是光源直接照射，和材质共同决定了表面颜色，红色和绿色表面受白光照射，还是原来的红色和绿色。墙是蓝绿色，受白光直接照射，依然保持蓝绿色。

 

 

 

 

< color-bleed map >

表面颜色仅受来自于其他表面的间接光照对材质的影响，而不是直接光照对材质的影响；所以绿墙线面的地面受到来自于绿墙反射的绿光影响，变得微微发绿。红墙受到白光照射和周围的蓝绿色环境综合影响，变成了灰白色，所以对地面辐射微微的灰白色；如同他们自身的颜色扩散到了其他表面；中间两面墙上的颜色来自于周围的墙。

 

 

 

 

< shadow map + color-bleed map >

multi lights 叠加的 shadow map render texture和 color-bleed map render texture 在屏幕空间中投影，然后在fragmet shader中叠加，然后和其他颜色相乘的结果。可以看到在最终的合成结果中，叠加的见解照明部分是一种整体效果：全场加亮（阴影和光源照射区域都被加亮），明暗变化变缓，颜色扩散的亮区也变得比较不明显；即便静态的光源颜色和位置方向发生了变化，对间接照明部分的影响也不大，比如光源移动到了绿墙的左边，这个时候应该看起来绿色的亮区应该是在左侧，但是在整体氛围的烘托下，不是很重要。重要的是阴影自由了，可以和任何动态光源的阴影一样，叠加，以及把进入阴影的动态物体变暗，这个是非常明显而且重要的。另外红墙的颜色变成了灰色，看起来有点怪，其实没有问题，周围的蓝绿色和自身的红色叠加，以及白光的照射，得到的结果就是趋近于灰白色。而绿光不同，绿光受到蓝绿环境（绿色为主）以及白光照射，还是保持绿色。

 

特别感谢引擎研发群里的各位朋友的支持，感谢零一等各位群友们的热情支持和关注，虽然小白总在“诋毁”我，但是可以看作一位诤友，没有严格的挑毛病，哪能不断地完善？小白也是天才。。。大家都是天才，就我是个番薯，不过，事情还没有终结，还有更多的地方需要完善，我会不断努力的。。。