1. Deferred Shading
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2009.03.30

2. Introduction
• 보통 사용하는 Forward Shading에서는 라이
팅 비용이 비싸다.
– 각각의 오브젝트마다 라이팅
– 게임에서 사용하는 라이트 개수가 많아지고 있다.
• G-buffer에 라이팅 재료들을 렌더링하고 라
이팅에 오브젝트들 대신 G-buffer를 사용.
– 라이팅 비용을 줄인다.
– Deferred Shading

3. Three major options for
real-time lighting
• Forward Rendering
– single pass with multiple lights
– multiple passes with multiple lights lighting
• Deferred Rendering

4. Single-pass, multi-light
for each object do
for each light do
framebuffer = light_model(object,light);

5. Frame
Buffer

6. 문제점
• 화면에 렌더링 되지 않을 Geometry도 라
이팅 연산을 한다.
• 멀티 라이트일때 관리가 어렵다.
– 싱글 셰이더 템플릿을 사용하기 때문에 조합
하는 가지수가 폭발적으로 늘어난다.

7. Multi-pass, multi-light
for each light do
for each object affected by light do
framebuffer += light_model(object,light);

8. Previous
Frame
Buffer
Current
Frame
Buffer

9. 문제점
• 화면에 렌더링 되지 않을 Geometry도 라
이팅 연산을 한다.
• 높은 배치 카운트
– 1/object/light
• 각 패스마다 중복된 작업이 많다.
– Vertex transform & setup

10. Deferred Shading
for each object do
G-buffer = lighting properties of object;
for each light do
framebuffer += light_model(G-buffer,light);

11. G-Buffer
Previous Current
Frame Frame
Buffer Buffer

12. 특징
• 배치가 갂단해지고 관리가 쉽다
• 그림자 테크닉과 통합이 쉽다.
• 라이팅이 O(1)에 가능
– 오브젝트 개수에 상관 없다.

13. G-Buffer
• Per-pixel lighting에 필요한 모든 정보
– Normal
– Position
– Diffuse / Specular Albedo, other attributes

14. Normal

15. Depth

16. Diffuse

17. Specular factor

18. Computing Lighting
For each light:
diffuse += diffuse(G-buff.N, L))
specular += G-buff.spec *
specular(G-buff.N, G-buff.P, L)

19. Diffuse Lighting

20. Specular reflection

21. Deferred Composition
framebuffer
= diffuse * G-buff.diffuse + specular

23. Shader code
• Writing G-buffer
• Lighting

24. Writing G-buffer
PS_MRT_OUTPUT SimplePS(VS_OUTPUT0 In)
{
PS_MRT_OUTPUT Out;
half4 diffuseTex = tex2D( DiffuseMapSampler, In.TexCoord0);
half3 normalTex = tex2D( NormalMapSampler, In.TexCoord1);
diffuseTex.xyz = diffuseTex.w;
//put normal into view space
float3x3 TangentToView;
TangentToView[0] = In.TangentToView0;
TangentToView[1] = In.TangentToView1;
TangentToView[2] = In.TangentToView2;
half3 normal = normalize(mul(normalTex, TangentToView));
//pack
normal = normal * 0.5f + 0.5f;
Out.Color0 = float4(diffuseTex.xyz, NotShadowed);
Out.Color1 = float4(normal, 0.0);
Out.Color2 = float4(In.Position2.z / In.Position2.w, 0.0f, 0.0f, 0.0f);
return Out;
}

25. Per-Pixel Lighting
float4 DirLightingPS(VS_OUTPUT1 In) : COLOR
{
half4 diffuseTex = tex2D(MRT0Sampler, In.TexCoord);
half4 normalTex = tex2D(MRT1Sampler, In.TexCoord);
half z = tex2D(MRT2Sampler, In.TexCoord);
//reconstruct original view-space position
float x = In.Position2.x;
float y = In.Position2.y;
float4 position = mul(float4(x, y, z, 1.0), InvProj);
position.xyz = position.xyz / position.www;
position.w = 1.0f;
//compute position in light space
…
//diffuse lighting
finalLighting = shadow * diffuse + Ambient + emissive;
return float4(finalLighting, 1.0f);
}

26. 극복해야 할 사항
• Transparency
– alpha blending
– G-buffer는 하나의 픽셀만 저장하기 때문에
Forward Rendering처럼 갂단하지 않다.
• Anti-Aliasing
– Forward Rendering처럼 frame buffer에 직접
렌더링할때 자동으로 받는 하드웨어 anti-
aliasing이 불가능

27. 결론
• O(1)에 Lighting을 할 수 있다.
– 오브젝트 개수에 상관없이 상수 시갂에 라이
팅이 가능하다.
• 사용하는 렌더 타겟의 개수가 늘어나는게
부담.
• Transparency, AA 등 극복해야 하는 문제
점들이 존재.

28. 참고
• Deferred Shading – NVIDIA
• Deferred Rendering in Leadwerks Engine
• HDR Deferred Shading – NVIDIA SDK