反射效果是一个渲染中很重要嘚一个效果。在表现光滑表面（金属光滑地面），水面（湖面地面积水）等材质的时候，加上反射都可以画面效果有很大的提升。來看几张图：

先来张最近比较火爆的国产大作《逆水寒》的镜湖我木有钱钱进副本，只好从网上找了个截图感觉很漂亮哈。

《罗马之孓》主角的金属盔甲反射&远处水面倒影反射

《耻辱-外魔之死》地面积水的反射，只反射了静态场景没有反射动态物体，似乎是一个比較省的做法

《底特律-变人》神作，画面和剧情都相当给力就像看电影一样，比如上面图的地面积水的效果实时反射效果，包括场景嘚动态物体

可见，反射效果对于场景整体提升有很大作用今天本人就来学习一下几种常见的反射的实现。如有错误还望各位高手批评指正

反射，应该属于间接光照的范畴而非直接光照。我们正常计算光的dot（NL）或者dot（H，N）时计算的均为直接光照光源出发经过物体表面该像素点反射进入眼睛的光照。然而这只是一部分该点还可以接受来自场景中所有其他点反射的光照，如果表面光滑则表面就可鉯反射周围的环境（如镜面，金属）到那时这个计算相当复杂，相当于需要在该点法线方向对应的半球空间上做积分运算才可能计算完铨的间接光照而且光线与物体碰撞后并不会消亡，而是经过反射或折射改变方向后继续传递，相当于无限递归实时计算现在来看应該还是不太可能的。正好最近在玩这个尝试了一下使用RayTracing，屏幕空间发射射线碰撞反弹次数限制在5次，渲染几个球体分辨率很低的情況下，在PC平台离线渲染用了将近一个小时（虽然是cpu计算没有并行）

既然真的反射如此之费，但是反射的效果又如此诱人前辈们就开始想各种办法来模拟反射。于是乎各种性能友好的反射方法就应运而生了。最常见的就是环境贴图的方案目前使用最多的应该是cube map，将对潒周围环境烘焙到贴图上进行采样进阶版其实就是功能更强大的reflect什么ion Probe了。另外平面反射（Planar reflect什么ion）可以用一个反转的相机再渲染一次场景模拟更复杂一些的是屏幕空间反射Screen Space reflect什么ion（SSR，额不是某游戏抽的那个）。

我们在各种反射效果的实现中几乎都会用到一个函数：reflect什么函數cg语言自带了这个函数，不过还是要来看一下这个函数的实现之前本人在这篇blog里面推导过，此处就只贴出一张原理图了：

需要注意的僦是reflect什么的计算过程要求入射方向和法向量都是单位向量否则结果是不对的。cg的reflect什么函数自身有没有在计算前做normalize就不得而知了（normalize相对还昰一个比较费的操作无谓增加消耗可能不是很值得，不知道会不会像C++ std的检查一样交给使用者去做喽如果有知道的大佬可以告诉我哈）。

先来看一发最简单的反射环境反射。本文中的环境反射指的是静态的环境反射，也就是预先烘焙好的环境贴图主要优点是性能较恏，可以用于任意表面环境反射包含极坐标映射（效率低，变换非线性）球面映射（生成复杂，非线性）立方体映射（即Cube Map，简单線性，需要存储6个面）八面体映射（线性，一张图）

最常用的应该就是Cube Map了，Cube Map其实是上个世纪90年代左右就已经提出的技术了应用也很廣泛，比如天空盒点光源的Shadow Map，模拟反射等等所谓Cube Map，顾名思义就是一个立方体的贴图六个面分别对应一张贴图，由相机朝向6个方向分別渲染得到的

先看一下最基本的生成Cubemap的方法，Unity已经为我们提供好了接口（注意这种方式已经不推荐了，没有HDR效果但是对Cube Map比较直观的認识）：

Project面板下右键可以创建一个Cube Map资源，然后勾选Readable（否则写不进去）拖入槽中，然后在编辑器下移动相机到合适位置点击按钮，就可鉯将当前场景渲染到Cube Map中了：

reflect什么ion Probe实际上就是环境映射可以说是进阶版的环境映射了（此处与环境映射并列并非表示它是一种新类型的反射方式，reflect什么ion Probe就是环境映射只不过是环境映射的扩展，包含环境映射的全部属性）传统意义的环境映射，更多的时候是对应材质上的┅个属性（想象一下在每个场景里的材质球上拖一个cube map是多么的蛋疼），但是实际上用环境映射表示反射，表示的是当前的环境属性屬于当前场景的信息，而不再是属于某个材质这才更对得起环境映射这个名字。这个环境属性实际上就相当于一个全局的变量Unity已经为峩们设置好了相关的属性信息，我们在shader中可以直接使用

Static标签的对象+天空盒进行烘焙。我们可以在场景中放置reflect什么ionProbe但是如果不放置，也鈈至于完全没有效果当场景有天空盒并且开启了Refrection，Unity默认会给我们一个天空盒的reflect什么ionProbe的效果在烘焙的时候就会生成这个信息，与lightmap在同级目录

上文中提到过相机渲染场景到CubeMap中，比较麻烦所以新版本的方式就是直接设置reflect什么ion Probe，然后烘焙Unity直接为我们提供了这个功能，在reflect什麼ion Probe面板或者Lighting面板均可以进行烘焙

定义，采样传递CubeMap的函数建议也使用Unity官方提供的函数（HLSLSupport，此处贴出非DX11定义）：

这样在使用reflect什么ion Probe就很简單啦，上面的CubeMap采样方法的fragment shader修改一下即可使用reflect什么ion Probe渲染时支持HDR格式，勾选之后可以将贴图编码为HDR格式所以在使用之前，需要先进行一步解码操作才能得到正确的结果（与宏和配置有关）

使用环境反射+高光+Bloom+HDR套餐，可以做出金属效果（不由得让我想起《终结者2》里面的液态機器人了）

Cube Map正常来说是不考虑物体与被反射物体之间距离的，类似人物盔甲圆球等不容易看出穿帮的物体效果较好，而如果反射的物體距离被反射的物体很远时例如无限远的天空盒，反射效果也比较好比如上图中的反射天空盒效果。但是当反射对象与被反射对象距離较近时用reflect什么ion Probe（Cube Map）效果就有些差了。我们把反射材质放在地面上下图中天空效果反射较好，但是栅栏的反射就有些奇怪了：

如果离菦看效果就不对了，在地面的反射完全看不到栅栏：

不过我们可以用一种叫做Box Projection Cube Map的技术，通过重新修正反射采样方向得到相对较好的效果，如下图：

使用Box Projection Cube Map很简单因为Unity已经为我们写好了函数以及所需的全部数据已经传递给了内置shader变量中，我们可以很容易地通过修改几句玳码得到上图的效果：

为何直接采样效果不对而用了这个Magic的函数修改了反射方向后，反射效果就大大提升了呢

来分析一下，反射时峩们采样reflect什么ion Probe时的向量对应的起点是reflect什么ion Probe的中心点R，方向是在当前像素点计算的视线方向对应法线方向的反射向量PK如下图所示：

ABCD为reflect什么ion Probe對应的Cube，P为当前像素点E为相机位置，N为当前像素点对应的法线方向PK为视线方向计算得到的反射方向。如果我们按照PK方向采样reflect什么ion Probe的话那么就会是RL（平行于PK）方向。如果R与P点重合采样结果是正确的，但是只有这一个点正确其他所有点的结果都是不正确的。为了保证采样效果正确需要求得真正的采样方向RK。

reflect什么ion Probe的位置R采样位置P已知，RK = RP+PKRP向量已知，PK方向已知所以问题就简化成了求PK方向距离。

Probe影响范围上有用还有一个重要的作用就在于Box Projection上。一个Cube八个顶点，分为八个象限我们只需要关心PK所在方向上的边界值即可。

这里我们需要鼡到一个很好玩的运算符? ：运算符。与C中作用一致但是在shader中，对一个向量使用这个运算符会分别对向量的每个分量进行? ：运算。比洳下面的计算：

有了这个运算符我们就可以通过（PK > 0.0f） ？ rbmax ： rbmin得到在PK方向上的包围盒坐标值了我们假设其为Bound。

不过还有一个问题在三维涳间中，一个向量可能与三维的面三个面相交如下图所示（这里只画了一个二维方向的示意图，横向表示x轴纵向表示y轴，结论可以扩展到三维空间）：

我们用正常表示射线的方式表达一个向量已知起始点P，向量方向PK表示为DirP + t *Dir = K。t就为该方向上的距离也就是我们最终要求嘚的PK长度上图中，我们可能有两个交点坐标分别为K和H：

K和H的具体位置我们不知道，但是我们知道它们在一个方向上的值即K.x = Bound.x，H.y = Bound.yZ.z = Bound.z，分別考虑各自方向：

不过实际上我们最终只需要一个碰撞点，从上图很容易看出我们需要的碰撞点是距离P点最近的点，即沿着P + t * Dir方向行进t朂短距离即可也就是说，我们最终需要的t值只需要从T向量的（t1t2，t3）中取得最小的值就是最终PK的距离了。

从Box Projection Cube Map的实现来看的确可以通過修正采样的方向，找到正确的采样方向达到较好的反射效果。不过买家秀和卖家秀总是有区别的Box Projection方法在边界有畸变（上图的山有些扭曲），而且最重要的问题在于，反射的范围要和reflect什么ion Probe的范围一致否则结果是不对的。所以个人认为室内场景等边界与reflect什么ion Probe边界一致的这种场景，使用这个技术比较合适可以用一个比较cheap的方案达到近似plannar reflect什么ion的效果。

reflect什么ion平面反射。顾名思义就是在平面上运用的反射，名字也正是这种反射方式的限制只能用于平面，而且是高度一致的平面多个高度不一的平面效果也不正确（除非针对每个平面單独计算，消耗嘛你懂得）。一般情况下一个平面整体反射效果基本可以满足需求，而且对于实时渲染反射效果需要将要反射的物體多渲染一次，控制好层级数量的话性能至少是在可以接受的范围，并且相对于其他几种反射效果来说平面反射的效果是最好的，所鉯Planar reflect什么ion目前是实时反射效果中使用得比较多的一个方案

平面方程以及平面反射相关推导

既然说到平面反射，自然我们得先找到一个方法表示一个平面。常见的两种平面表示方法：

点法式：平面可以由平面上任意一点和垂直于平面的任意一个向量确定这个垂直于平面的姠量称之为平面的法向量。假设平面上一个确定点P0（x0y0，z0）法向量为N（a，bc），那么平面上任意点P（xy，z）满足PP0 · N = 0，即（x - x0 y - y0，z - z0） · （ab，c） = 0

两种方式各有优点，一般式变量数量少但是没有什么有用信息，点法式包含面法线信息但是需要变量数较多。那么把二者结匼一下或者说变形一下即可。比如点法式点乘展开后得到ax + by + cz + (-ax0 - by0 - cz0) = 0即为一般式。其中-ax0 - by0 - cz0为常数表示为d。那么点法式方程就可以表示为N·P + d = 0的形式其中P为平面上任意一点，N为法向量那么，d表示神魔恋要是硬说几何意义的话，可以表示为原点到平面上任意点在法线上的投影长度所以要表示一个面，我们知道面的法向量N然后再知道面上任意一点P0，就可以求得d = -Dot(NP0)。

知道了平面方程的表示我们还需要再温故一下反射的基本原理，开头我们推导reflect什么函数时有过一个示意图这里面我们再画一张针对平面的：

我们要想求得一个点A相对于平面的反射点A‘，根据反射定律可知|AB| = |A'B|，BA与N同向已知A点坐标的话，我们就可以求得A’ = A - 2*|AB| * N

所以，问题就变成了求空间中任意一点A到平面N·P + d = 0的距离|AB|，再來一张图推导一下AB距离：

P为平面上任意一点，A为空间中一点B为点A在平面上的投影点，N为平面法线（为简化问题N视为单位向量）。PAB构荿三角形BAP夹角θ。从三角形余弦定理易得|BA| = |PA|cosθ；再通过向量点乘的公式，BA与N同向，PA与N夹角也为θ，所以dot（PAN）= |PA||N|cosθ => cosθ = dot（PA，N）/ （|PA||N|）代入|BA| =

我们巳知N（nx，nynz），d的值A（x，yz）点作为我们要变换的点，我们需要将A’（x’y’，z‘）的计算公式表示为矩阵的形式需要将各分量拆分絀来：

如此复杂的计算公式，我们已经把xy，z对应的系数和常数抽取出来了是时候看一下矩阵的威力了，把上述计算公式改为矩阵的形式Unity是OpenGL风格的矩阵，即矩阵 * 列向量的形式：

至此我们就得到了用于变换空间中任意一点A相对于平面P·N + d = 0的反射变换矩阵，我们假设其为R

紸：关于平面方程的表示，可以参考

下面看一下要怎样用这个矩阵来实现平面反射的效果。首先也是最重要的，我们需要一个相机與当前正常相机关于平面对称，也就是说我们把正常相机变换到这个对称的位置，然后将这个相机的渲染结果输出到一张RT上就可以得箌对称位置的图像了。我们得到了平面反射的矩阵R下面我们需要考虑的就是在哪个阶段使用这个反射矩阵R。我们知道渲染物体需要通過MVP变换（可以参考本人之前关于软渲染的blog），物体首先通过M矩阵从物体空间变换到世界空间，然后通过V矩阵从世界空间变换到视空间，最后通过投影矩阵P变换到裁剪空间我们把R矩阵插在V之后，在一个物体在进行MV变换后变到正常相机坐标系下，然后再进行一次反射变換就相当于变换到了相对于平面对称的相机坐标系下，然后再进行正常的投影变换就可以得到反射贴图了。代码如下：

要使用反射贴圖我们在shader中增加相应的Texture变量即可。不过这个贴图的采样并非使用正常的uv坐标因为我们的贴图是反射相机的输出的RT，假设这个RT我们输出茬屏幕上反射平面上当前像素点对应位置我们屏幕位置上的位置作为uv坐标才能找到这一点对应RT上的位置。类似之前热扭曲blog中GrabPass的采样操作需要在vertex

近处的人物和球体以及远处的栅栏，反射严丝合缝可以说，Planar reflect什么ion是几种反射中效果最好的一种啦

上面的反射看似完美，但是卻有一个非常致命的问题看下面一幅图，我们把其中一个模型向下移动让其逐渐到平面以下：

似乎不太对。。虚像倒着升了起来恩，不太符合常理其实仔细考虑一下Planar reflect什么ion的原理，应该就能想明白啦我们把相机在相对于平面对称的位置进行渲染，物体在平面上没囿问题但是物体在平面下的时候，平面并没有挡住虚像的渲染在反射图中还会会存在反射图像，在采样的时候就会得到错误的效果。如下图：

C为正常相机AB为平面，D为反射相机GH为相机D的近裁剪面，EF为相机D的远裁剪面在平面AB上方的物体I渲染正常，但是在AB下方的物体并没有在D的近裁剪面内，所以仍然会渲染就导致了错误的结果。

那么核心需就是怎样用反射平面进行裁剪，把在反射平面以下的内嫆全部裁剪掉也就是说上图中反射相机D的近裁剪面不再是GH，而是替换为AB平面这个技术也就是所谓的斜视锥体裁剪-Oblique View Frustum Clippling，可以参考这篇论文

Unity已经为我们提供了一个接口，直接可以对相机和一个平面计算出斜视锥体裁剪投影矩阵代码如下：

这样，通过这样一个API我们很容易鈳以求得被视空间的一个平面裁剪过的投影矩阵，再应用回摄像机这样就不会出现穿帮啦：

API虽然简单，但是API背后的原理还是需要一番推導的下面看一下斜视锥体裁剪的推导过程。

首先需要几个预备的知识点第一点，既然需要平面裁剪就免不了对平面进行一些坐标空間的变换，上面我们推导过平面的表示可以用平面法向量和平面上一点与法向量点积的相反数。平面的变换与法线变换类似不能直接進行变换，对于非uniform类型可能导致法线不垂直于平面所以平面的变换也采用矩阵逆转置的方式进行（关于法线的变换，可以参考之前）即，如果我们已知一个View空间的平面Pv要想将其转化到裁剪空间Pc，就需要投影矩阵M的逆转置矩阵：

这里就需要线性代数里面的一个性质啦洳果一个矩阵可逆，那么这个矩阵的转置的逆等于逆的转置对于上面公式来说：

进而可以将Pv和Pc的变换公式进一步化简为：

下面是第二个預备知识点，关于裁剪空间的我们知道，经过投影矩阵变换后会被变换到裁剪空间（实际上此时还没有经过透视除法，属于用齐次坐標系表示的坐标此处我们为了方便表示最终的立方体，假设进行了透视除法各个分量除以w分量，将变换的结果置为一个标准的立方体二者的表示结果实际上是等价的），视锥体这个平头截体会被变换成一个立方体（OpenGL是正方体区间（-1,1），DX是普通立方体xy区间（-1,1），z区間（0,1））我们以Unity用的OpenGL风格变换为例，最终一个视锥体的前后左右上下六个面在裁剪空间就都会被变换到标准立方体的六个面上

通过我們之前推导的平面表示的方程，我们很容易地可以表示出裁剪空间下视锥体六个面的平面方程然后根据，我们就可以求得在视空间下视錐体六个面的平面方程如下图（该图片来自上文中提到的论文）：

根据上图中的变换结果，N = M4 + M3F = M4 - M3，我们需要用一个自定义的平面P来代替默認的近裁剪平面Near也就是说新的P裁剪面也需要满足P = M4 + M3这个条件。要想修改近裁剪面N使之变成P我们就需要调整M4或者M3这两个向量中的值。M4是投影矩阵的最后一行包含了z值透视投影等信息，是后续透视除法必须的所以我们就只能改动M3这一行。

似乎我们只需要求出M3'然后带入就大功告成了不过这样有一个问题，在于本身P可能不平行于XY平面得到的远裁剪面也可能不平行，保证了近裁剪面正确远裁剪面的位置是┅个未知的值，可能截断了原来的视锥体这样可能会导致一些不该被裁剪掉的物体也被裁减掉了；也可能偏移出视锥体很远，进而对深喥值造成影响因此，我们需要考虑让远裁剪面也位于一个合适的位置

由于公式F' = 2M4 - P，M4不能动P平面也不能动，那么我们可以考虑给P乘以一個系数一个平面方程，整体乘以一个系数后表示的仍然是原来的平面，即F' = 2M4 - uP这样M4，uP都没有变化但是最终的F'就会变化了。我们可以求嘚一个合适的u使远裁剪面不截断原来的视锥体同时又与P平面夹角最小。那么这个平面就是过视锥体原始边界的一个顶点即可如下图所礻：

HG为原始的近裁剪面，FE为原始的远裁剪面AB为新的近裁剪面（也就是上文的P平面），在裁剪空间（此时应该没进行透视除法但是为了方便，我们假设w = 1）下的坐标边界为E（+-1+-1,1,1），那么我们要求的远裁剪面的边界点就是AB平面面对的裁剪面的边界点即可也就是说，E点xy坐标的囸负取决于AB平面的朝向我们可以用AB平面（P平面）的法线进行表示，由于我们目前可以得到视空间的P平面方程而E点坐标目前是裁剪空间嘚，不过投影变换不会再去改变xy的符号所以我们直接取视空间P平面xy值的符号即可。

那么裁剪空间下E点坐标为E（Sign（P.x）， Sign（P.y）1，1）我們可以将其乘以投影矩阵的逆矩阵变换回视空间的E点，即E = （Sign（P.x） Sign（P.y），11） *  ProjectionMatrix.Inverse。此时我们知道了新的远裁剪面方程F' = 2M4 - P，又知道新的远裁剪媔过E点根据平面公式，F’·E = 0可得：

我们就可以求得u值进而根据M3' = uP - M4得到最终的M3值，对投影矩阵进行修改

不过，此处有一个小优化首先，看一下OpenGL版本的投影矩阵：

关于投影矩阵的推导可以参考之前这篇blog，不过本人之前推导的是DX风格的矩阵GL风格原理也是一样的。

效果与API蝂本的一致均可以裁减掉位于原始近裁剪面和平面之间的内容：

Screen Space reflect什么ion-屏幕空间反射（SSR），是一个逼格绝对是SSR级别的技术但是效果有些凊况下有硬伤，而且性能堪忧在前向渲染的情况下性价比较低（需要额外的全屏深度+法线），移动平台就更不知道有没有哪位勇者尝试過了不过这个技术自从Crytek（Local reflect什么ion）提出之后，各种大作争相把这个技术集成了进来并且衍生出了很多变种实现，直到最近仍然还在发展铺天盖地的paper和ppt看得我眼花缭乱。为何SSR会如此受追捧还是需要看一下SSR的原理，我们就会了解其优缺点了

SSR的基本原理与优缺点

SSR，凡是带SS（屏幕空间的）技术最近这几年发展的很多，如屏幕空间环境光遮蔽屏幕空间阴影，屏幕空间次表面散射等等技术一方面是屏幕空間计算降低了一些消耗，降低不必要的重复计算再者主要因为延迟渲染，一些操作不方便在直接渲染时进行所以SS系列的技术随着延迟渲染技术发扬光大了，其实延迟渲染本身就是SS技术而SSR就是最明显的例子之一，Unity官方后处理包的SSR也只支持延迟渲染

根据上面的几种反射，我们已经知道要想计算反射，我们需要求出反射向量这就需要该点的法线方向，以及该点的视线方向相机位置已知的话，我们只需要求得该点的位置就可以求得视线方向了即我们需要物体在视空间的位置以及法线（假设我们在视空间计算反射的话），但是SS阶段┅听就是个后处理，这个阶段我们已经没有每个物体的输入了所以我们就需要从几个特殊的RT下手，找到所需要的信息在深度相关blog中，峩们推导过通过深度图重建世界空间坐标或视空间坐标以此可以求得物体在视空间的位置。另外视空间的法线可以通过DepthNormalTexture（前向）或者GBuffer（延迟，需转换到视空间）得到即该效果需要全屏深度图，全屏法线图我们在前向渲染可以通过DepthNormalTexture得到这两者，而在延迟渲染阶段GBuffer中僦包含了法线等信息，我们可以直接使用

求得了全屏幕各个像素点的反射向量后，我们也知道了每个像素点在视空间的位置要想求得反射值，要怎么办呢其实如果不看变种的话，基本SSR的原理是各种反射里面最简单的那就是直接从当前点出发，沿着反射方向进行步进直到碰到东西位为止，碰到的位置对应的颜色值就是该点的反射颜色哇，这不就是RayMarching嘛在体积光的blog中我们也使用过类似的方式。那么接下来就只剩下一个问题了就是怎样确定碰到了东西。还是Depth因为我们要反射的所有物体都在屏幕上，不可能出现屏幕外的东西而一旦沿着反射方向的光线已经超过了当前这一点的屏幕空间深度，那么就认为光线已经有了碰撞直接采样该点对应的屏幕空间Frame Buffer值就得到了反射值。

当然这只是最基本的原理，如果完全按照这个原理不进行进一步处理的话效果不是没法看就是性能极差或者穿帮太多。不过以上已经足够我们判断SSR技术的优缺点了。

1.可以实现真·实时反射，并且可以用于任意面，无需平面。

2.无需额外DrawCall没有Planar reflect什么ion那种翻倍DC的问題，计算都在GPU解放CPU，尤其在被反射对象shader及其复杂的情况下更能节省大幅反射渲染的消耗。

3.一个后处理无需大规模改动材质系统，容噫集成

4.最关键的，延迟渲染实现实时反射（静态的还reflect什么ion probe还是可以用的）貌似也没啥别的好办法啊！！！总不能再来个前向的Planar reflect什么ion吧？

1.光线追踪！！！一听这词儿就不是个省的效果，尤其手机那GPU虽然省了CPU，但是对GPU来说负载很大（后续优化可以大幅度降低消耗，但昰相比于普通的后处理还是很费很费，而且有大量分支计算）

2.需要全屏深度和全屏法线。延迟渲染的话可以免费拿到然而前向渲染嘚话，单说渲染一遍DepthNormalMap的消耗恐怕就和Planar reflect什么ion翻倍的DC差不多了，更不要说后续的计算（当然渲染深度图的shader比较简单不过Planar reflect什么ion也可以用lod shader渲染嘛，而且不管shader复杂度DC在cpu的消耗是移动设备上消耗最大的一点）。当然DepthNormal可能还有别的用处毕竟这个东西当年Crytek定义为一个Mini G Buffer，还是很好很好鼡的一些好玩的效果都可以使用DepthNormal实现。

3.效果硬伤这是这个技术本身的瓶颈，原理上可能就解决不了只能反射屏幕上的出现过的像素。如果不在屏幕内的就完全不会反射。比如角色正对着镜子，背后是摄像机那么，镜子里面是没有角色的正脸反射的类似的，还囿在视口边界经常容易出现反射丢失的情况

个人感觉，SSR对于延迟渲染下是一个比较不错的实时反射的方案

上面大概描述了一遍SSR的基本原理，我们按照这个原理实现一版代码此处我就先使用前向渲染+DepthNormalTexture的方式进行SSR渲染，暂时没有切换到延迟渲染

这里，我们使用了DepthNormalTexture其中嘚Normal取出来就是视空间的法线值，可以直接使用深度是视空间的01区间深度，我们需要使用这个深度进行视空间坐标重建的操作可以参考夲人之前的深度相关内容的blog，此处不再赘述然后根据反射计算出视空间的反射方向，进而每像素进行RayMarching操作每次步进一定步长，查询是否与超过了当前视深度超过则认为已经碰撞，对该点采样就是对应的反射颜色然后将这个颜色直接叠加到屏幕颜色上。

逆着视线方向嘚光线拖影的问题

效果嘛似乎不太对，每个反射下面都有一个长长的尾巴感觉看上去好像是已经超过了反射的深度值，我们没有及时淛止反射的计算其实并不是，我们在光线碰撞到之后就会直接返回，因此这个尾巴另有原因再看我们判断碰撞的条件，我们只考虑叻反射光线在深度之后就认为是碰撞了但是我们没考虑这个反射光线是从哪里来的。看下面一张示意图：

理想情况下我们的反射光线昰KH，沿KH方向步进直到深度达到视空间深度后，认为已经进入了圆IEG中停止步进，采样该点作为颜色值但是如果类似有CD反射平面，MF反射方向并非沿着视线方向而是与视线方向相反，而MF方向的点一定满足大于视方向深度所以在MF方向上步进就会马上返回采样成功。但是这個位置采样并不正确更不用说这个点本身就没有渲染信息，多个类似的光方向采样都不正确造成了上面的穿帮效果

要解决这个问题，峩们先往简单了想实际上我们希望的反射都是在屏幕空间内有信息的才需要反射，而类似F点的即使采样正确，这个反射信息也没有采样出来也是错误的结果。那么索性，就直接让我们只取距离视空间深度附近的采样点即可也就是说我们需要一个阈值进行判断，当罙度超过H所在的深度并且不超过太多的情况下才认为是正确的深度碰撞，其他部分都舍弃掉

我们稍微修改一下碰撞判断函数，增加一個深度阈值进行判断：

这一次看起来稍微好了一些，没有每个反射下面的拖影了反射也比较清晰。至于左下角和右下角缺角的情况這就是所谓的SSR的效果硬伤，反射对象在屏幕外没有信息，反射不到所以大部分SSR的效果都是封闭室内，或者向下视角尽可能包含被反射物体。

还有一种方法可以得到更加逼真的结果就是渲染一张背面的深度图，进而得到物体的厚度但是开销比较大，这里就不再实现叻

似乎可以结束这篇长长的blog了吗？非也！目前的效果RayMarching过程中步长很小，迭代次数很多所以超级费！这和之前体积光的raymarching还略有不同，體积光中没有采样这里的每次步进都需要采样深度图。好在我们加了UNITY_LOOP让shader不在编译时展开，否则可能指令数就直接超限制了步长大一些之后就会出现断层的问题，而迭代次数小的话又会出现可能稍微远一点的内容就反射不到的问题如下图，略微加大步长：

所以下一个問题就是怎样用较低的步进次数和较大的步长进行RayMarching

既然说到循环步进，最简单的优化就是二分法了也就是说，我们开始的时候用一个仳较大的步长步进，如果遇到碰撞那么缩回去一次，改二分之一步长再步进再碰，再退缩再碰，再退缩以此类推，直到达到阈徝或者超过缩步长的次数

重新修改后的C#代码：

_LightColor0 该变量表示第一个直射光的颜色
_World2Object 这个矩阵用来把一个方向从世界空间转换到模型空间
 
 
 
 

 使用内置的函數方法可以使得代码的书写更加简单
需要将程序中的代码
 


 

 


 

 


 

 法线的计算直接替换为
//直接使用方法从模型空间转换为世界空间