ue4 改变枢轴位置_UE4渲染模块概述（四）---反射

在前一文中介绍了像素着色器与material，大概知道了UE4材质的生产管线：

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在光滑的地面或墙面上需要渲染物体的反射信息，实时计算很难实现，本文介绍UE使用的三种反射系统，这三种反射系统各有利弊，往往会将之混合起来使用。

第一种：反射捕获（Reflection Capture)

它会在指定位置计算前后左右上下六个方向的反射信息，形成一张静态的立方体图（Cubemap），这个过程是预计算的，所在实际跑起来的时候消耗很低，但也因为只是在特定位置计算的，所以当实际镜头与捕获不同时，就会看到不合理的反射图样。

UE4使用球体反射捕获对象（Sphere Reflection Capture Actor）来指定捕获的位置，如下图所示：

也有方形的版本（Box Reflection Capture Actor），如下图所示，不过比较常用的还是放置球形捕获Actor：

它本质上是捕获一张360度的图片，然后将图片混合到模型上（如上图所示的地图和茶壶身上），但只在捕获点是准确的，如果镜头移到别处，但混合的图片没有变化，就会出现下图所示的穿帮问题：

可以看到地上混合的柱子倒影不再与真实柱子吻合。反射捕获在很多游戏大作中都有使用，那为什么我们看不到这种诡异现象呢？这时因为同时还会混合其他反射处理方案（比如屏幕空间反射SSR），在某种程度上掩盖了它的瑕疵。

Reflection Capture不精确，但它的预计算的优点对性能是非常友好的，通常我们build light的时候，就会去更新捕获信息，也可以在Build这里单独进行更新。

如果打包游戏或者应用，它会将捕获纹理烘焙进游戏，这样实际跑的时候，在一定范围内（可在反射捕获Actor上配置半径）的任何像素，都会检查附近是否有反射捕获，如果有，它就向反射捕获Actor查询立方体贴图cubemap，将cubemap与物体本身贴图进行混合。

如果相近区域内有两个反射捕获Actor，如下图黄箭头标识：

那么重合的像素就会分别融合两张cubemap，但要注意的是，大量重叠的捕获范围会带来性能问题，因为要在同一个像素中计算多张cubemap融合的结果。

我们布置反射场景的基本思路，是放置一个大型的反射捕获Actor来大致覆盖整个空间，然后再把许多较小的反射捕获Actor放置在反射程度高或者需要精确反射的表面附近，尽量保证影响半径不重合，如下图所示：

当然也没有必要刻意去规避重合，只要重合数量不要超过8个都还是可以接受的。另外，可以通过设置贴图精度来改变反射图样的锐利/模糊程度。

天空光照能为整个游戏世界提供低成本的备用反射捕获，如下图所示：

游戏世界中任何附近没有球体或立文体反射捕获Actor的对象都会转而使用天空光照反射，这对于大型开放式户外环境很理想，因为我们不希望在场景中到处放置反射捕获Actor。

第二种：平面捕获（Planar Reflection）

这种在实际中用的比较少，因为它仅局限于小范围平面，也由于是实时计算，所以消耗要比反射捕获大，但优势是无论镜头如何移动，反射信息总是正确的，如下图所示：

第三种：屏幕空间反射（SSR）

这是UE4唯一默认生效的反射系统，它是实时计算的，因而位置上总是精确的，但生成的反射图样比较模糊，不如反射捕获渲染的清晰。性能消耗介于反射捕获与平面反射之间，SSR效果如下图所示（研究前要关闭捕获Actor的渲染，只开启SSR）：

它的优点同时也是缺点在于：只计算屏幕空间的反射。因为计算范围受限，所以性能可以保障，但同时也由于只能采集到屏幕空间内的数据，所以只能绘制视口可见几何的反射，如下图所示：

我们知道柱子很长，在屏幕上方还有一截，但因为SSR只取了屏幕空间内的信息，所以产生的反射信息里面就没有屏幕以外的柱子了（红圈内理应有柱子倒影，但实际没有渲染）。

综上，三种方法各有优缺点，实际使用中是将这三种系统混合在一起。三种方法的使用优先级依次为SSR，平面反射，反射捕获。只有当硬件或者其他性能撑不住的时候，才会使用预计算的反射捕获，否则还是提供精确度相对较高的SSR和平面反射。

平面反射尽量不要使用，如果硬件不支持就要关掉SSR或者调整SSR的生成质量来平衡性能，方法是在控制台中键入r.SSR.Quality + 数字，默认质量是3，数字越大，SSR的渲染效果就越好，但相应性能就会越差。

可以在RenderDoc里面截帧分析反射信息，下图所示是屏幕空间反射SSR的渲染：

下图是SSR成像的结果：

每一个点都是投射的反射射线，因为射线密度不够，形成了较多的噪点，为了掩饰，所以SSR生成的反射图看上去是模糊的。

关于三种反射就介绍到这里，下一章介绍静态光照，详见：

Jerry：UE4渲染模块概述（五）---静态光照zhuanlan.zhihu.com