半透明渲染新技术摘录

 

ATI 的头发渲染方案：

1.       在网格制作阶段对三角形排序，使头发的三角形大致按从下到上排序。

2.       渲染时使用需要以下 4 个 pass

3.       最终的渲染效果

此方案不需要实时的三角形排序，效果也比较理想。但是 4 个 pass 开销比较大。 Pass1 和 pass2 可以合并成一个 pass ，最终可能需要三个 pass 。

经试验，此方法非常适合头发这种大部分不透明，少部分半透明的物体渲染。效果相当理想。同时应该也比较适合大面积植被渲染。

参考：

Practical Real-Time Hair Rendering and Shading

hair rendering and shading

 

depth peeling

1.       depth peeling 可以实现像素正确的半透明渲染，不需要排序。

2.       开销是需要两张 depth buffer 。渲染过程需要 N 个 pass ， N 是半透明的层数。改进的 Dual Depth Peeling 算法需要 N/2+1 个 pass 。

Depth peeling 可能带来的问题：

1.       效率降低，且开销不稳定。（ pass 数量依赖于相机角度，骨骼动画等）

2.       方案本身带来的复杂性。（如何判断当前有多少层半透明，遮挡查询？）

3.       无已有的可参考的产品，只有技术 demo 。

Depth peeling 是近来研究比较热的半透明渲染方案，其中基于链表的 dx11 实现是一个不小的突破。将来有可能成为比较实用的方案。

参考：

Interactive Order-Independent Transparency

Order Independent Transparency with Dual Depth Peeling

http://users.cs.uoi.gr/~abasilak/bibs/Depth_Peeling.html

http://www.cs.uoi.gr/~fudos/siggraph2011.html

http://developer.amd.com/samples/demos/pages/atiradeonhd5800seriesrealtimedemos.aspx

 

基于 line primitive 的头发渲染

用 line primitive 作为头发渲染的几何图元，使用 GPU 对图元排序， opacity map 实现自阴影。属于比较前沿的头发渲染研究领域。可以作为将来潜在的研发方向。

参考：

GPU Primitives-Case Study: Hair Rendering

hair animation and rendering in nalu demo

Real-Time Approximate Sorting for Self Shadowing and Transparency in Hair Rendering

 

 

shaderX5 2.8 ZT-buffer algorithm

总体思想是用两张 render target （ ZT-buffer ）保存每层半透明的透明度和深度。渲染半透明物体时先采样 ZT-buffer ，采样得到的数据和当前渲染的数据放在一起排序。然后再写入 ZT-buffer 。

最后画一个 screen quad 渲染所有透明物体

优点：

1.       简单

2.       无需排序

存在的问题：

1.       需要硬件支持在 ps 中同时读写同一张 render target （ nv 没有明确的文档说可以）

2.       两张 render target 只能实现三层半透明

3.       文中的方法半透明物体只能根据透明度进行混合，无法计算光照。

如果需要计算光照，需要对算法扩展。可能需要三张 render target 。

鉴于以上三点问题，次方法很难用到实际工程中去。

 

shaderX6 3.7 robust order-independent transparency via reverse depth peeling

总体上是对 depth peeling 算法的改进。将从前到后的绘制顺序，改进为从后到前的绘制顺序。减少 render target 的使用，进而节约一些显存。

 

GPU Pro 3.3 Alpha Blending as a Post-Process

提出一种场景中大量半透明面片的渲染方法，用于游戏 Pure 。

该方法分为四部步：

1.       渲染场景中不透明的部分

2.       将半透明物体的透明度渲染到一张 render target ，生成一张屏幕空间的半透明 mask 。

3.       使用镂空渲染半透明的物体

4.       用半透明 mask 将不透明的场景和镂空的场景混合起来。

该方法较适合室外大量植被的渲染，可以得到柔和的边缘，效率高。但是得到的半透明不是像素正确的。

 

shaderx7 2.7 deferred rendering transparency

interlace tranparency 或称 screen door transparency 。思想是以像素间隔的方式在 G-buffer 上保存不透明和半透明物体的信息。然后在 shading 阶段将相邻像素根据透明度混合起来。

该方法在实现延迟渲染的初期就仔细调研过，它的优点是可以以统一的方式处理半透明和不透明。但缺点也同样比较致命：

如果以 4 个像素的方块作为一个混合单元，只能支持 3 层半透明。

如果光照环境和材质细节较复杂，特别是高光较强时，可以看出明显的颗粒感。且透明层数越多效果越差。

 

Shaderx6 3.5 deferred rendering using a stencil routed k-buffer

使用 multi-sample 的 RT 保存最多八层的半透明信息，使用 stencil-buffer 作为对 sub-pixel 操作的手段。最后用后处理的方式将多层半透明的像素混合起来。

优点：

1.       只需要一个 geometry pass ，和一个 post-process pass 。

2.       效率比 depth peeling 高。

缺点：

1.       需要 dx10 支持（在不开 msaa 的情况下渲染到 multi-sample 的 RT ，以及需要在 shader 中采样单独采样 multi-sample RT 的 sub-pixel 。）

2.       最多 8 层半透明。

3.       难于实现每层材质各不相同的半透明。

相关参考：

Stencil Routed A-Buffer

http://www.humus.name/index.php?page=3D&ID=76

 

Stochastic Transparency

使用 multi-sampled RT ，每层半透明的颜色随机保存到当前 fragment 的若干 sub-pixel ，随机值与该像素的透明度成正比。最终在整体水平上得到近似正确的半透明效果。

优点：

1.       无需排序

2.       内存占用可控（一张 multi-sampled RT ）

3.       只需一个 pass （有一些改进的方法需多一个全屏 pass ）

缺点：

1.       随机算法，产生噪点

2.       需要 DX 10.1 支持（需要存取 multi-sampled RT 的 sub-pixel ）

http://enderton.org/eric/pub/StochasticTransparency_I3D2010.pdf

Deep deferred shading

使用多个 g-buffer （ deep g-buffer ），渲染过程与 depth peeling 相似，渲染一遍，得到一层深度。这一层作为 depth buffer ，再渲染下一层。不同之处在于 deep g-buffer 的使用。即使用多个 g-buffer 保存多层半透明的信息。这样就可以使用延迟光照的方法渲染半透明。但代价是大量的显存占用。

http://www.humus.name/index.php?page=3D&ID=75