【UE4技美】虚幻引擎4中的实时GI技术

UE4中的realtime GI是基于这个researcher：
http://blog.icare3d.org/


算法的名字是：voxel cone tracing，很简洁的概括了算法的两个核心点：voxel&cone tracing。

voxel

谈算法先谈数据结构，voxel于3d mesh正如pixel于2d的图片：规则的离散化的表示信息，pixel是将2d的图片切分成一个个小正方形，voxel是将3d空间切分成一个个立方体。

最先听说这个是carmack和jon olick在08年的时候放出的一些前瞻性的想法，当时看起来就是把mega texture扩展到3d空间，jon olick也在youtube上面放出了一些视频。

在对变革性realtime rendering的期望与将信将疑中，今年迎来了UE4的demo，也把这项技术推到公众眼前。

voxel比较高效的组织方式是sparse voxel octree，简称svo。

是以八叉树的hierarchy方式，表示空间中有东西的部分：

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svo是这个算法的关键，在于：

• svo在以一定粒度对场景进行离散化表示之后，GI光照计算量基本保持稳定，而不是和场景中vertex数量以及复杂度成正比
  
  • 这一点上我们可以把这个当作是一个3d的gbuffer，里面以一定粒度存储场景信息
    
• octree的层级结构，可以让我们在计算的时候很自然的引入LOD，在较远的地方使用低lod（在octree中是高层的节点），使得计算指数降低
• 便于遍历，octree相比于三角形组成的mesh遍历速度快太多了，这在cone tracing部分和filter部分会体现出绝对优势
  

voxel cone tracing算法的svo的一些特点和做法：

• 将static mesh的voxel和dynamic mesh的voxel进行分离，对于dynamic mesh的voxelmz 每帧更新。
• 使用gpu的rasterizer pipeline进行voxel构建--非常的高效
  
  • 禁掉depth test，从3个方向去渲染一个mesh，渲染的精度由定的voxel精度决定
  • 那么走到pixel shader的时候，每一个triangle的信息就都被离散成pixel，而且没有depth test，就真的是每一个triangle raster出来的每一个pixel都有了，然后在pixel shader里面将voxel信息更新到svo中去
  • 更新的信息包括normal, color, material property：和gbuffer如出一辙
    

voxel cone tracing的算法
一个图搞定就是：

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• 从lightview渲染场景，把光照信息填入svo
  
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• 对svo中的光照信息进行filter，
  
  • 开始存进去的光照信息实在最底层的level，那么要将这些信息也通过filter放入父节点，那么在cone tracing的时候，就可以直接读父节点（if possible&necessary)来获得足够的光照信息
  • 这个过程颇像构建mipmap
  • 存的信息是光照的方向分布
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• cone tracing，在我们看到的每一个像素这里，使用一组可以覆盖这个点的半球的cone来遍历svo，进而获得这个点上的光照信息
  
  • 获得的方式有使用较大的cone，来获得indirect diffuse lighting
  • 较小的cone，获得indirect specular lighting
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实际计算的时候，使用了基于dx和底层硬件的很多优化手段，也很重要。



AO
可以做GI，那么再有足够的voxel信息的情况下，做AO简直就是顺理成章的事情，而且这个真3d的高品质ao，不是会受限的ssao

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