為了能夠在交互式幀率情況下實(shí)現(xiàn)圖像渲染，所使用的引擎必須近似真實(shí)世界的一些現(xiàn)象---例如陰影----而不是簡(jiǎn)單的模擬。隨著實(shí)施渲染技術(shù)不斷向前發(fā)展，實(shí)現(xiàn)這些功能的成本也在不斷降低。盡管從傳統(tǒng)的角度來(lái)看像是一個(gè)復(fù)雜的離線處理過(guò)程，但是受益于可見(jiàn)的周圍物體，光線追蹤正成為一個(gè)越來(lái)越可行的選擇。

談到我們的PowerVR 光線追蹤硬件平臺(tái)，基于分布的延遲渲染光柵化功能與負(fù)責(zé)光線追蹤的模塊單元練習(xí)緊密，這就給我們提供了一種選擇，作為光柵化渲染的一種補(bǔ)充，而不是直接取代。在這篇文章中，我將向大家介紹如何向OpenGL ES延遲光照系統(tǒng)添加光線追蹤功能。

延遲光照+光線追蹤

G-buffer混合渲染是我們?cè)诖蟛糠止饩€追蹤實(shí)例中所采用的技術(shù)，因?yàn)槭聦?shí)證明它可以充分利用我們的PowerVR 光線追蹤硬件平臺(tái)。GPU的光柵軌跡用于在屏幕上渲染對(duì)象數(shù)據(jù)。這些信息用于初始化第二次的光線，然后傳輸給硬件平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)每個(gè)像素使用更少的光線，應(yīng)用程序就可以合理安排光線預(yù)算，以便在后期管道最需要的時(shí)候。

當(dāng)然這種方法還有一個(gè)更大個(gè)好處——它還可以多加利用已經(jīng)生成G-buffers的延遲光照系統(tǒng)！

下面是向一個(gè)基于OpenGL ES的延遲光照系統(tǒng)添加光線追蹤功能的五大步驟：

第一步：更新場(chǎng)景層次結(jié)構(gòu)（光線追蹤）

與光柵化渲染不同的是，在光線追蹤API中不提供繪制函數(shù)調(diào)用。因此每一幀的圖像渲染是將光線發(fā)射到場(chǎng)景層次加速結(jié)構(gòu)中，其中包含了世界空間內(nèi)所有對(duì)象物體數(shù)據(jù)信息。如果層次結(jié)構(gòu)內(nèi)的對(duì)象數(shù)據(jù)不需要改變，那么每一幀的渲染我們可以重復(fù)使用場(chǎng)景層次，但是當(dāng)有些組件需要修改時(shí)，那么在光線追蹤渲染前相應(yīng)的場(chǎng)景層次必須要重新搭建。

除此之外一下條目描述了如何進(jìn)行任務(wù)分工：

當(dāng)構(gòu)建組搭建完成后，輸入組件就會(huì)經(jīng)過(guò)頂點(diǎn)著色程序處理，從而轉(zhuǎn)換為世界空間。轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)會(huì)傳遞給固定功能的場(chǎng)景結(jié)構(gòu)生成器單元來(lái)生成場(chǎng)景結(jié)構(gòu)。值得注意的是構(gòu)件組會(huì)建立無(wú)效的場(chǎng)景內(nèi)容，因此每次建立都需要傳入滿足要求的構(gòu)件列表。

盡可能重用的是在每次啟動(dòng)時(shí)那些不需要改變的構(gòu)建組可以被創(chuàng)建，例如建筑物和地形。額外的構(gòu)建組則是需要在每幀修改后生成。為了避免流水線阻塞，動(dòng)態(tài)構(gòu)建組可以采用多個(gè)緩沖這樣光線可以覆蓋整個(gè)層次結(jié)構(gòu)，同時(shí)另一個(gè)應(yīng)用程序則開(kāi)始搭建另一個(gè)構(gòu)建組。搭建完成后，在光線調(diào)整之前所有構(gòu)建組可以被合并。

一個(gè)典型的包含動(dòng)態(tài)對(duì)象的應(yīng)用程序，下面幾步必須要執(zhí)行：
1. 更新動(dòng)態(tài)構(gòu)件
必要的時(shí)候修改屬性和緩存設(shè)置
2. 搭建動(dòng)態(tài)構(gòu)建組
選擇動(dòng)態(tài)“緩沖區(qū)”，完成構(gòu)件序列的搭建
3. 合并構(gòu)件組
光線調(diào)整之前需要合并最新的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)構(gòu)建組
顯示的同步操作。在合并的API調(diào)用和光線追蹤渲染結(jié)束期間構(gòu)建組是不能被修改的。

搭建工作完成后，應(yīng)用程序就需要執(zhí)行下一個(gè)任務(wù)。

第二步：搭建G-buffer（光柵化）

在這一步中，GPU的光柵化流水線用于渲染屏幕空間對(duì)象數(shù)據(jù)生成G-buffer。信息的存儲(chǔ)依賴輸入，這些事光照和光線追蹤通路所要求的，通常包括世界空間坐標(biāo)系內(nèi)的位置、法線、材料ID和反照率。

與光線追蹤不同，光柵化流水線需要對(duì)象的每一幀先被轉(zhuǎn)換到攝像機(jī)視角空間中。一個(gè)應(yīng)用程序必須提交所有對(duì)象的調(diào)用包括視覺(jué)約束體，從而完成G-buffer的渲染。

因?yàn)镻owerVR是基于分布的結(jié)構(gòu)，參考顯卡驅(qū)動(dòng)暴露出EXT_shader_pixel_local_storage選項(xiàng)擴(kuò)展，G-buffer數(shù)據(jù)可以保存在片上，因此可以不用執(zhí)行帶寬密集型結(jié)構(gòu)的寫和讀操作。這些操作就降低了延遲和功率消耗。

第三步：延遲光照（光柵化）

一旦完成了G-buffer的渲染操作，就可以計(jì)算屏幕空間的光照。為了避免片外寫這些數(shù)據(jù)，可以寫入到本地像素存儲(chǔ)空間，然后幀著色器就可以讀取。

第四步：發(fā)射主光線和計(jì)算光線——對(duì)象交互（光線追蹤）

步驟4a：發(fā)射主光線（光線追蹤）

在OpenGL ES光線追蹤API中，光線的發(fā)射依賴幀著色器。在G-buffer混合渲染器中，幀著色器會(huì)執(zhí)行每個(gè)G-buffer像素。存儲(chǔ)在G-buffer中的對(duì)象數(shù)據(jù)就可以用來(lái)初始化像素光線。

內(nèi)置的gl_SceneMG功能允許幀著色器實(shí)例指定哪一個(gè)場(chǎng)景陣列元素的光線將會(huì)被呈現(xiàn)。在動(dòng)態(tài)更新的場(chǎng)景中，光線必須發(fā)送給最新合并的動(dòng)態(tài)+靜態(tài)構(gòu)件組。

與計(jì)算著色一樣，幀著色器也不要求有輸出。它們可以選擇將數(shù)據(jù)寫入緩存和圖像，同時(shí)重要的是它們也可以反射光線。

擴(kuò)展包括一個(gè)新的圖像增加功能和一個(gè)限定符標(biāo)記統(tǒng)一圖像變量，僅實(shí)現(xiàn)累加功能。這些特性允許使能硬件幀累加器緩存來(lái)優(yōu)化圖像的寫操作。

步驟4b：光線——對(duì)象交互（光線追蹤）

光線一旦發(fā)送出來(lái)將會(huì)遍布整個(gè)場(chǎng)景結(jié)構(gòu)，然后執(zhí)行光線盒子和光線三角形交互測(cè)試。當(dāng)光線三角形交互發(fā)生時(shí)，綁定相關(guān)交互對(duì)象的光線著色器就會(huì)執(zhí)行。光線著色器可以訪問(wèn)光線數(shù)據(jù)，例如原始點(diǎn)坐標(biāo)和方向，以及用戶自定義的光線數(shù)據(jù)。同樣也可以訪問(wèn)未插入的數(shù)據(jù)，例如紋理坐標(biāo)和法線。差值函數(shù)會(huì)提供交互重心坐標(biāo)，讓用戶完全控制差值操作是如何執(zhí)行的。與幀著色器相似，光線著色器沒(méi)有要求輸出，可以選擇寫入緩存、圖像或者渲染累加器緩存，它們也可以選擇發(fā)射更多的光線。

第五步：后期處理（光柵化）

光線追蹤渲染完成后，后期處理可以用于過(guò)濾渲染后的圖像，并且應(yīng)用常規(guī)的三維空間效果（模糊運(yùn)動(dòng)、深度視野、圖案裝飾等）。

總結(jié)

借助G-buffer混合渲染，OpenGL ES延遲光照系統(tǒng)可以受益于光線追蹤效果。在后面的文章中我們將詳細(xì)介紹這個(gè)技術(shù)是如何用于指定的光線追蹤效果增強(qiáng)渲染的，例如屏幕空間柔和陰影。如果你有任何疑問(wèn)，請(qǐng)?jiān)谙路搅粞浴?/p>

原文鏈接：
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