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游戏的实时辐射度光能传递架构

    Sam Martin, Per Einarsson
       Geomerics, DICE
光能传递架构
• 热门话题: 实时辐射度光能传递
 – 研究重点放在算法上
 – 几种流行类别的算法


• 架构
 – 架构要围绕算法
 – 使用案例:结合寒霜引擎2
目录
• 启发
 – 概览
 – 架构特色
• 寒霜引擎
 – 概览
 – 管线
 – Demo
• 总结 / 问题
概况:目标和权衡

   目标平台        • XBox360, PS3, 多核心PC

灵活的开发工具,没有固定
               • 成本和质量必须可灵活伸缩
    解决方案

  保持图像质量       • 不能牺牲即时渲染的图像质量

 可靠性高,值得信赖     • 基于物理的,但是可控
架构的四个关键特色


1.   独立照明管线
2.   带有回馈的单次反弹
3.   光照贴图 输出
4.   从目标几何来二次光照
“拱”
启发管线
       • 把景象分解入系统
       • 为了二次光照,将细节 几何映射成目标 几何
预先计算   • 提取 目标 形状,为了实现实时辐射度光能传递



       • 像往常一样渲染直接光照(基于GPU)
       • 异步生成辐射度 (基于CPU)
运行时    • 使用GPU来融合直接和间接光照(直接+间接=全局光)
运行时的打光管线


点
发现
直接l        基准照明
环境
区域                    作用于目标模型
用户指定

+ 从前一帧获得
辐射度信息

直接光源
                                  GPU最终生成图像
           点采样输入,用于   在细节模型上,并且
           启发         带有间接镜面反射
直接光照
进行了点采样的直接光照
启示输出(目标)
启示输出(细节)
最终合成
带有回馈的单次反弹




 反弹回馈规模 = 1.0   反弹回馈规模= 0.0
启示光照贴图输出



               “球形”




106 x 106 纹理
90% 覆盖率        “定向光照”
目标几何



       具有简单的UV表面区域

       三角形数量并不重要

       有很多编写选项
细节几何



       UV由投射创建

       没有额外的打光数据

       “全圆倾斜l照明” 从光照贴图的定向
       数据中得到

       不参与辐射度光能传递的互动
UV 投影的例子
回顾: 架构特色


1.   独立的照明管线
2.   带有回馈的单次反弹
3.   光照贴图输出
4.   从目标几何得到二次光照
议程
• 启发
  – 简要概述, 关键决定, 关于未来
• 寒霜引擎
  –   作用方式
  –   管线
  –   运行时
  –   Demo
• QA?
作用方式
• 寒霜引擎为什么需要实时辐射度光能传递?
  - 工作流程 和 时间循环
  - 动态的环境
  - 灵活的架构
预计算 渠道


1.   将动态和静态的物体分类
2.   辐射度光能传递生成系统
3.   将静态几何参数化
4.   生成运行时需要的数据
1. 静态和动态的几何
 • 静态物体接受并反弹光线
   - 使用动态光照贴图

 • 动态物体只接受,不反弹
   - 简单的光照来自反射球




输入景象       将模型分类   基础几何   转移光照
2. 辐射度光能传递系统
 • 并行进行处理和更新
 • 输入从属控制光照的转移
 • 用于辐射度光能传递的颗粒化




   系统        输入从属
3. 参数化
 • 静态模型使用目标几何
   - 目标几何是用来计算辐射度光能传递
   - 映射细节模型到目标模型上,以得到UV

 • 系统打包进分开的 uv 阵列




     系统自动映射UV             系统阵列
4. 运行时所需数据的生成
• 每个系统都有自己的数据集(对于流处理来说很好)
• 分散式的预计算 带有 不可思议的XGI
• 数据只依赖于几何 (而不是光照或反射)
•




  为了辐射度光能传递的动态更新,由分布式预计算渠道生成运行时所需的数据集
渲染时
 • 分离 直接光照 和 辐射度光能传递的 渠道
   - CPU负责 辐射度光能传递
   - GPU负责: 直接光照和最终融合
 • 寒霜引擎使用延迟渲染
   - 所有的光照都可以反弹动态光能传递
 • 分离 光照贴图 和 光探(lightprobe) 两种材质的渲染
   - 光照贴图在前端通道渲染
   - 光探添加到3D材质中,并且延迟渲染
运行时渠道
        1) 辐射度光能传递渠道(CPU)
            更新光照贴图和光探
            把光探 移至3D纹理

        2) 几何通道 (GPU)
            添加间接光照贴图来分割g-buffer
            使用模板缓冲区来掩盖动态目标

        3) 光照通道 (GPU)
            延迟渲染光源
            从g-buffer 添加光照贴图
            从3D纹理添加光探
Direct lighting
 辐射度光能传递
直接光照
光照映射
反射球
最终合成
Demo
总结 / 问题?
• 感谢!

• per.einarsson@dice.se
• sam.martin@geomerics.com

         圈圈会-模组网 战地新闻网
        HTTP://HI.BAIDU.COM/H0NKER
附加奖励:启示未来!
•   替换光照贴图?
•   把更多数据转换成并行计算?
•   间断更新与固定不变的代价比?
•   以距离分割光照的组成?
游戏的实时辐射度光能传递架构

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