屏幕空间的动态全局光照（漫反射）

我们知道全局光照是图形学中一项比较难实现的技术，因为真正要得到全局光照是需要一个点跟所有点的关系计算的，而这个计算如果用在计算机那是不太可能实现的。而现代技术利用了一些比如有向距离场，体素，辐照度等方式实现全局光照，还有就是越来越火的光纤追踪技术实现全局光照。但是这些技术的消耗都很大，包括内存，cpu，gpu的运算量。那么自然会有一种ss系列的方式来实现全局光照，这种方式会比前面几种都容易实现并且运算量相对小。

屏幕空间的全局光照也叫SSGI，是一个相对来说比较快速得到间接光的一种全局光照技术，是基于屏幕空间大小来实现的，也就是说不会得到屏幕外的颜色或者光照。他也不是基于光源的，而是基于当前的颜色来做扰动采样整合得到的光照信息，最后需要做一些抗锯齿的操作来让他噪点比较合理。这种方式更合理的使用在密闭空间内，这样的效果会比较理想。

SSGI一般会有几个步骤：

1.采样不同lod的深度图信息并得到其中最大的深度值。（要执行多少次寻找就看你设置多少次pass）

2.用光线步进的方式，并用噪音图采样以圆的周长来找周围的像素点的颜色，这个颜色是根据当前场景颜色做的（所以ssgi一般放到最后处理）。采样的点存储到rt上

3.这时的rt是带有比较明显的锯齿的rt，需要用taa方式过滤一次

4.最后在横向和纵向做两次模糊处理。

5.这样就得到了ssgi的漫反射方向的间接光照了，最后只需要把场景图和这个间接光rtcombina一下就好了。

大体实现：

1.获取深度图信息的核心代码是

float2 uv = i.uv.xy;half4 minDepth = half4(_SSGi_HierarchicalDepth_RT.SampleLevel( sampler_SSGi_HierarchicalDepth_RT, uv, _SSGi_HiZ_PrevDepthLevel, int2(-1.0,-1.0) ).r,_SSGi_HierarchicalDepth_RT.SampleLevel( sampler_SSGi_HierarchicalDepth_RT, uv, _SSGi_HiZ_PrevDepthLevel, int2(-1.0, 1.0) ).r,_SSGi_HierarchicalDepth_RT.SampleLevel( sampler_SSGi_HierarchicalDepth_RT, uv, _SSGi_HiZ_PrevDepthLevel, int2(1.0, -1.0) ).r,_SSGi_HierarchicalDepth_RT.SampleLevel( sampler_SSGi_HierarchicalDepth_RT, uv, _SSGi_HiZ_PrevDepthLevel, int2(1.0, 1.0) ).r);return max( max(minDepth.r, minDepth.g), max(minDepth.b, minDepth.a) );

采样上下左右四个方向的深度获取最深的。

2.光线步进采样周围像素点的核心代码（有注释）：

float2 UV = i.uv.xy;//当前像素深度float SceneDepth = tex2Dlod(_CameraDepthTexture, float4(UV, 0, 0)).r;//转成摄像机方向的线性深度float EyeDepth = LinearEyeDepth(SceneDepth);//float LinearDepth = Linear01Depth(SceneDepth);half Roughness = clamp(1 - tex2D(_CameraGBufferTexture1, UV).a, 0.02, 1);float3 WorldNormal = tex2D(_CameraGBufferTexture2, UV) * 2 - 1;float3 ViewNormal = mul((float3x3)(_SSGi_WorldToCameraMatrix), WorldNormal);//摄像机位置，z轴表示深度float3 ScreenPos = GetScreenSpacePos(UV, SceneDepth);//通过摄像机的逆矩阵转换到世界坐标float3 WorldPos = GetWorldSpacePos(ScreenPos, _SSGi_InverseViewProjectionMatrix);//通过投影矩阵的逆矩阵转换到摄像机空间float3 ViewPos = GetViewSpacePos(ScreenPos, _SSGi_InverseProjectionMatrix);//摄像机空间方向float3 ViewDir = GetViewDir(WorldPos, ViewPos);//基于世界法线建立切线空间float3x3 TangentBasis = GetTangentBasis( WorldNormal );//uint3 p1 = Rand3DPCG16( uint3( (float)0xffba * abs(WorldPos) ) );//uint2 p = (uint2(UV * 3) ^ 0xa3c75a5cu) ^ (p1.xy);half Out_Mask = 0;half3 Out_Color = 0;[loop]for (uint i = 0; i < (uint)_SSGi_NumRays; i++){//uint3 Random = Rand3DPCG16( int3( p, ReverseBits32(i) ) );//half2 Hash = float2(Random.xy ^ Random.z) / 0xffffu;     //根据扰动图片采样来获取周边的像素和深度half2 Hash = tex2Dlod(_SSGi_Noise, half4((UV + sin( i + _SSGi_Jitter.zw )) * _SSGi_RayCastSize.xy / _SSGi_NoiseSize.xy, 0, 0)).xy;float3 L;//基于圆偏移的点L.xy = UniformSampleDiskConcentric( Hash );L.z = sqrt( 1 - dot( L.xy, L.xy ) );//世界空间float3 World_L = mul( L, TangentBasis );//转摄像机空间float3 View_L = mul((float3x3)(_SSGi_WorldToCameraMatrix),  World_L);float3 rayStart = float3(UV, ScreenPos.z);//对方向最一些偏移，也是基于圆做偏移float4 rayProj = mul ( _SSGi_ProjectionMatrix, float4(ViewPos + View_L, 1.0) );float3 rayDir = normalize( (rayProj.xyz / rayProj.w) - ScreenPos);rayDir.xy *= 0.5;//找偏移附近的uvfloat4 RayHitData = Hierarchical_Z_Trace(_SSGi_HiZ_MaxLevel, _SSGi_HiZ_StartLevel, _SSGi_HiZ_StopLevel, _SSGi_NumSteps_HiZ, _SSGi_Thickness, 1 / _SSGi_RayCastSize.xy, rayStart, rayDir, _SSGi_HierarchicalDepth_RT, sampler_SSGi_HierarchicalDepth_RT);//根据偏移采样场景颜色float3 SampleColor = tex2Dlod(_SSGi_SceneColor_RT, half4(RayHitData.xy, 0, 0));float4 SampleNormal = tex2Dlod(_CameraGBufferTexture2, half4(RayHitData.xy, 0, 0)) * 2 - 1;float Occlusion = 1 - saturate( dot(World_L, SampleNormal) ); SampleColor *= Occlusion;SampleColor *= rcp( 1 + Luminance(SampleColor) );Out_Color += SampleColor;//对场景大小的遮罩决定显示范围Out_Mask += Square( RayHitData.a * GetScreenFadeBord(RayHitData.xy, _SSGi_ScreenFade) );}Out_Color /= _SSGi_NumRays;Out_Color *= rcp( 1 - Luminance(Out_Color) );Out_Mask /= _SSGi_NumRays;//颜色用附近采样的颜色，透明度用深度决定[branch]if(_SSGi_MaskRay == 1) {return half4( Out_Color * saturate(Out_Mask * 2), EyeDepth );} else {return half4( Out_Color, EyeDepth );}

3.做一次TAA，主要是获取aabb的裁剪盒子，然后得到最小颜色，最大颜色，然后clamp进行过渡，再融合上一帧的颜色和当前帧的颜色。

half2 UV = i.uv.xy;half3 WorldNormal = tex2D(_CameraGBufferTexture2, UV).rgb * 2 - 1;half2 Velocity = tex2D(_CameraMotionVectorsTexture, UV);/Get AABB ClipBoxhalf SS_Indirect_Variance = 0;half4 SS_Indirect_CurrColor = 0;half4 SS_Indirect_MinColor, SS_Indirect_MaxColor;ResolverAABB(_SSGi_RayCastRT, 0, 10, _SSGi_TemporalScale, UV, _SSGi_ScreenSize.xy, SS_Indirect_Variance, SS_Indirect_MinColor, SS_Indirect_MaxColor, SS_Indirect_CurrColor);/Clamp TemporalColorhalf4 SS_Indirect_PrevColor = tex2D(_SSGi_TemporalPrev_RT, UV - Velocity);SS_Indirect_PrevColor = clamp(SS_Indirect_PrevColor, SS_Indirect_MinColor, SS_Indirect_MaxColor);/Combine TemporalColorhalf Temporal_BlendWeight = saturate(_SSGi_TemporalWeight * (1 - length(Velocity) * 2));half4 SS_IndirectColor = lerp(SS_Indirect_CurrColor, SS_Indirect_PrevColor, Temporal_BlendWeight);return SS_IndirectColor;

4.做横向和纵向两次模糊（blur里面会对颜色和深度都做模糊处理，颜色直接用相加然后除于相加的数量得到，深度需要用2的n次幂来得到一条曲线，下面的CrossBilateralWeight就是深度的过滤方式）：

float4 Bilateralfilter_X(PixelInput i) : SV_Target
{half2 UV = i.uv.xy;const float Radius = 12.0;return BilateralBlur( Radius, UV, half2(1.0 / _SSGi_ScreenSize.x, 0), _SSGi_TemporalPrev_RT );
}float4 Bilateralfilter_Y(PixelInput i) : SV_Target
{half2 UV = i.uv.xy;const float Radius = 12.0;return BilateralBlur( Radius, UV, half2(0, 1.0 / _SSGi_ScreenSize.y), _SSGi_TemporalPrev_RT );
}float CrossBilateralWeight(float BLUR_RADIUS, float r, float Depth, float originDepth)
{const float BlurSigma = BLUR_RADIUS * 0.5;const float BlurFalloff = 1.0 / (2.0 * BlurSigma * BlurSigma);float dz = (originDepth - Depth) * _ProjectionParams.z * 0.25;return exp2(-r * r * BlurFalloff - dz * dz);
}

5.合并就简单了，就是用当前场景颜色和上面算出来的间接光照相加。

half2 UV = i.uv.xy;half3 BaseColor = tex2D(_CameraGBufferTexture0, UV);half3 SceneColor = tex2D(_SSGi_SceneColor_RT, UV);half3 IndirectIrradiance = tex2D(_SSGi_Bilateral_RT, UV) * _SSGi_GiIntensity;return (IndirectIrradiance * BaseColor) + SceneColor ;

总结：ssgi的diffuse方式实现简单，得到的结果也不错，但是他并不是正确的，是一个模拟周围颜色的过程，当你要得到更好的结果时需要扩大获取深度和颜色扰动的范围，同样gpu的压力也会增大。但他确是一种实时的全局光照方式。当然如果我们只需要一些静态或可控的动态区域做全局光照，那么用烘焙和球谐光照就可以了。

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