为什么我们在Pixel Shader中实现照明？

Question

我正在阅读Frank D. Luna的DirectX 11 3D游戏编程简介,似乎无法理解我们为什么要在Pixel Shader中实现照明？如果你能给我发一些关于这个主题的参考页面,我将不胜感激.

谢谢.

Answer 1

照明可以通过多种方式完成.关于这个主题有数百篇SIGGRAPH论文.

对于游戏,有一些常见的方法(或更常见的是,游戏将采用这些方法的混合)

• 静态照明或光照贴图:照明是离线计算的,通常使用全局照明解算器,并将结果烘焙到纹理中.这些光照贴图在运行时与基础漫反射贴图混合,以创建复杂阴影和微妙光照的感觉,但实际上没有任何变化.关于光照贴图的好处在于,您可以捕获非常有趣和复杂的照明技术,这些技术的计算成本非常高,然后非常便宜地"重放"它们.限制是您无法移动灯光,尽管有一些技术可以在顶部分层数量有限的动态灯光.

• 延迟光照:在这种方法中,场景被多次渲染以将信息编码到屏幕外纹理中,然后进行额外的传递以计算最终图像.这里场景中每个灯通常有一个渲染通道.请参见延迟着色.延迟着色的好处在于,使用艺术驱动的内容很容易使渲染器缩放而没有那么多的硬限制 - 你可以为更多的光进行更多的传递,例如简单的添加.延迟着色的问题在于每次传递往往只进行很少的计算,并且许多传递确实在现代GPU的内存带宽上施加了很大的压力,而现代GPU的计算能力比带宽要多得多.

• 每面向前照明:这通常称为平面阴影.这里使用面法线每三角形/多边形执行一次照明.在现代GPU上,这通常在可编程顶点着色器上完成,但也可以使用几何着色器来计算每面法线,而不必在顶点中复制它.结果不太现实,但绘画非常便宜,因为每张脸的颜色是不变的.这实际上只在您使用"Tron外观"或其他非照片级真实渲染技术时使用.

• 顶点向前照明:这是经典照明,其中每个顶点以每顶点法线执行光计算.然后,在三角形/多边形(Gouraud阴影)的面上插入每个顶点处的颜色.这种照明很便宜,在现代GPU上可以在顶点着色器中完成,但是对于许多复杂材质来说结果可能太平滑,并且任何镜面高光都会变得模糊或错过.

• 每像素前向照明:这是您问题的核心:此处每个像素计算一次光照.这可以是经典的Phong或Blinn/Phong着色,其中法线在顶点或法线贴图之间插值,其中第二贴图提供表面的法线信息.在现代GPU中,这是在像素着色器中完成的,并且可以在更昂贵的像素着色器计算中提供更多的表面信息,更好的镜面高光,粗糙度等.在现代GPU上,它们往往具有相对于内存带宽的大量计算能力,因此与过去相比,每像素照明非常实惠.实际上,基于物理的渲染 技术在现代游戏中非常流行,并且这些技术往往具有非常长且复杂的像素着色器,其组合了场景中每个表面上的每个像素的6到8个纹理的数据.

这是一个非常粗略的调查,正如我所说,这个主题有大量的书籍,文章和背景.

对你的问题的简短回答是: 因为我们可以!