图形学总结 - 老是忘

渲染流水线：

1、首先相机摆放到场景一个位置和角度，场景的各个物体也已经被摆放好

2、拿到场景物体的顶点信息，根据顶点信息构成图元

3、经过透视投影，将图元转化为2*2的正方形，再把2*2的正方形扩展到屏幕大小

4、对图元进行采样，仅采样会导致抗锯齿，所以这里做MSAA

对图片进行模糊再采样，然后将一个像素也模拟成n*n个虚拟像素，观察图元内包含的虚拟像素来决定颜色的深度，然后再做平均（卷积）

5、经过Z-Buffer，进行深度测试，处理Z通道中的遮挡关系

6、对最后的图元中的像素信息进行着色，shader着色（考虑环境光、漫反射光、强光影响），将RGB颜色画在各个像素上完成渲染管线生成最后的屏幕图片

在Games101中，提到过的抗锯齿方法在UE5里面是都有的：

Ray Traced：

简单来说就是屏幕中各个像素的位置射出一条射线进行反向追踪，计算各种因素的光照信息

如图，经过反射光，折射光从而把这些光线亮度累加在一起，就是这个像素最终亮度的值

但是只是做每个像素的反射和折射计算累加会消耗很多性能，这里采用了包围盒的概念来提速，如果射线连包围盒都没有进入，那么他是不会和包围盒内的物体有反射或者折射效果的，如果光线进入了包围盒，再来计算其是否与包围盒内的物体有进行反射或者折射

再进行优化，就是对场景空间分成很多个立方体的包围盒，一个包围盒又可以细化为多个子集的包围盒，以此类推变成树状结构，光线先射进大的包围盒中，看是否包围盒内有物体，若有，则对大包围盒细化为小的包围盒，看小的包围盒内是否也有光线射中的物体，以此去判断，具体的方法就是Oct-Tree KD-Tree BSP-Tree

Shadow：

在光源位置生成一张深度图，再从相机视角出发，观察到的位置深度比光源处生成的深度图深度大，则该位置存在阴影，反之则没有阴影
上面实现的事硬阴影，如何实现软阴影？（Soft Shadow）

PCSS（Percentage Closer Soft Shadow）

在摄像机看到的像素对周围做N * N的卷积，在最外侧的阴影则会和没有阴影的一起做平均，则产生了软阴影，N值越大，性能消耗越高，软阴影效果越明显

VSSM（Variance Soft Shadow Mapping）

对最开始的阴影生成一张深度图，再对这个深度图做平方再存放起来，然后做以下公式

用二维前缀和计算出大概的期望，用这个期望值来代表该像素的阴影数值，X为Depth数值

这个方法以显存换性能

由于PCSS的第一步和第三步都是n平方的操作，所以性能不达标，所以就有VSSM的操作

1、计算灯光位置对场景的一个深度采样

2、计算一个深度的平均值的平方，和深度平方的平均值来计算方差

3、通过概率论可以计算出任意一个深度值在第一部的深度采样图的概率排名，通过这个排名就可以直接计算出O(1)大概多少是在阴影内的，根据概率就可以算出对应阴影卷积后的平均值

DFSM（Distance Field Shadow Mapping）

已知o是光源，P1是o最近的物体位置，P2是P1最近物体位置，P3是P2最近物体位置，通过距离场：oP1是已知的，P1P2 P2P3是已知的

通过近似的算法直接算出来对应的数值SDF(p)就是P1P2或者P2P3，p-o就是oP1 oP2 oP3这样的值，这样的比例去做近似表达角度大小的数值，角度越大，值越大，阴影越柔软，K值是为了让更多位置大于1，更多位置为硬阴影，k值越大，阴影外轮廓柔度越低，1为最黑的阴影，0~1根据值的大小，线性决定阴影强弱