＜ 山东大学软件学院项目实训 ＞ 渲染引擎系统（一）
目录
前言
本阶段任务
一、主要工作
二、具体实现
1.获取预计算输出图片
2.逐像素获取BRDF数据
3.还原图像
前言
本项目希望实现一个基础渲染器，同时能够支持使用预计算。
项目地址
本阶段任务
本月主要任务为技术准备，从而为后续研究提供技术支持：
1、辐射预计算的研究；
2、市场现有的后降噪处理 SDK 的技术探究。
一、主要工作
处理光照预结算结果，应用双向反射分布函数（BRDF）将其还原为实时渲染的最终结果。
二、具体实现
1.获取预计算输出图片
2.逐像素获取BRDF数据
在辐射预计算过程中，从屏幕像素发射光线，打中场景中的点，并进行光照辐射预计算。
在进行还原的过程中，对屏幕图像进行逐像素处理，根据既定的映射方向代入双向反射分布函数（BRDF），每个屏幕像素使用规定阈值范围中心点的BRDF值，获取BRDF的输出数据。
analytic
# variables go here...
# [type] [name] [min val] [max val] [default val]
::begin parameters
color baseColor .82 .67 .16
float metallic 0 1 0
float subsurface 0 1 0
float specular 0 1 .5
float roughness 0 1 .5
float specularTint 0 1 0
float anisotropic 0 1 0
float sheen 0 1 0
float sheenTint 0 1 .5
float clearcoat 0 1 0
float clearcoatGloss 0 1 1
::end parameters::begin shaderconst float PI = 3.14159265358979323846;float sqr(float x) { return x*x; }float SchlickFresnel(float u)
{float m = clamp(1-u, 0, 1);float m2 = m*m;return m2*m2*m; // pow(m,5)
}float GTR1(float NdotH, float a)
{if (a >= 1) return 1/PI;float a2 = a*a;float t = 1 + (a2-1)*NdotH*NdotH;return (a2-1) / (PI*log(a2)*t);
}float GTR2(float NdotH, float a)
{float a2 = a*a;float t = 1 + (a2-1)*NdotH*NdotH;return a2 / (PI * t*t);
}float GTR2_aniso(float NdotH, float HdotX, float HdotY, float ax, float ay)
{return 1 / (PI * ax*ay * sqr( sqr(HdotX/ax) + sqr(HdotY/ay) + NdotH*NdotH ));
}float smithG_GGX(float NdotV, float alphaG)
{float a = alphaG*alphaG;float b = NdotV*NdotV;return 1 / (NdotV + sqrt(a + b - a*b));
}float smithG_GGX_aniso(float NdotV, float VdotX, float VdotY, float ax, float ay)
{return 1 / (NdotV + sqrt( sqr(VdotX*ax) + sqr(VdotY*ay) + sqr(NdotV) ));
}vec3 mon2lin(vec3 x)
{return vec3(pow(x[0], 2.2), pow(x[1], 2.2), pow(x[2], 2.2));
}vec3 BRDF( vec3 L, vec3 V, vec3 N, vec3 X, vec3 Y )
{float NdotL = dot(N,L);float NdotV = dot(N,V);if (NdotL < 0 || NdotV < 0) return vec3(0);vec3 H = normalize(L+V);float NdotH = dot(N,H);float LdotH = dot(L,H);vec3 Cdlin = mon2lin(baseColor);float Cdlum = .3*Cdlin[0] + .6*Cdlin[1] + .1*Cdlin[2]; // luminance approx.vec3 Ctint = Cdlum > 0 ? Cdlin/Cdlum : vec3(1); // normalize lum. to isolate hue+satvec3 Cspec0 = mix(specular*.08*mix(vec3(1), Ctint, specularTint), Cdlin, metallic);vec3 Csheen = mix(vec3(1), Ctint, sheenTint);// Diffuse fresnel - go from 1 at normal incidence to .5 at grazing// and mix in diffuse retro-reflection based on roughnessfloat FL = SchlickFresnel(NdotL), FV = SchlickFresnel(NdotV);float Fd90 = 0.5 + 2 * LdotH*LdotH * roughness;float Fd = mix(1.0, Fd90, FL) * mix(1.0, Fd90, FV);// Based on Hanrahan-Krueger brdf approximation of isotropic bssrdf// 1.25 scale is used to (roughly) preserve albedo// Fss90 used to "flatten" retroreflection based on roughnessfloat Fss90 = LdotH*LdotH*roughness;float Fss = mix(1.0, Fss90, FL) * mix(1.0, Fss90, FV);float ss = 1.25 * (Fss * (1 / (NdotL + NdotV) - .5) + .5);// specularfloat aspect = sqrt(1-anisotropic*.9);float ax = max(.001, sqr(roughness)/aspect);float ay = max(.001, sqr(roughness)*aspect);float Ds = GTR2_aniso(NdotH, dot(H, X), dot(H, Y), ax, ay);float FH = SchlickFresnel(LdotH);vec3 Fs = mix(Cspec0, vec3(1), FH);float Gs;Gs = smithG_GGX_aniso(NdotL, dot(L, X), dot(L, Y), ax, ay);Gs *= smithG_GGX_aniso(NdotV, dot(V, X), dot(V, Y), ax, ay);// sheenvec3 Fsheen = FH * sheen * Csheen;// clearcoat (ior = 1.5 -> F0 = 0.04)float Dr = GTR1(NdotH, mix(.1,.001,clearcoatGloss));float Fr = mix(.04, 1.0, FH);float Gr = smithG_GGX(NdotL, .25) * smithG_GGX(NdotV, .25);return ((1/PI) * mix(Fd, ss, subsurface)*Cdlin + Fsheen)* (1-metallic)+ Gs*Fs*Ds + .25*clearcoat*Gr*Fr*Dr;
}::end shader3.还原图像
将获得的BRDF数据×预计算图像的像素值，最终输出的结果即为实际场景中实时光照渲染的图像。
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