半透明渲染新技术摘录

刺骨的言语ヽ痛彻心扉 2022-07-14 10:58 182阅读 0赞

http://blog.csdn.net/garuda/article/details/6541579

ATI 的头发渲染方案：

1. 在网格制作阶段对三角形排序，使头发的三角形大致按从下到上排序。

2. 渲染时使用需要以下 4 个 pass

![0_1307952085gjgJ.gif][]

3. 最终的渲染效果

![0_130795225799gK.gif][]

此方案不需要实时的三角形排序，效果也比较理想。但是 4 个 pass 开销比较大。 Pass1 和 pass2 可以合并成一个pass ，最终可能需要三个 pass 。

经试验，此方法非常适合头发这种大部分不透明，少部分半透明的物体渲染。效果相当理想。同时应该也比较适合大面积植被渲染。

参考：

[Practical Real-Time Hair Rendering and Shading][]

[hair rendering and shading][]

### depth peeling ###

1. depth peeling 可以实现像素正确的半透明渲染，不需要排序。

![0_1307952309PXEl.gif][]

2. 开销是需要两张 depth buffer 。渲染过程需要 N 个 pass ， N 是半透明的层数。改进的 Dual Depth Peeling [算法][Link 1]需要 N/2+1 个 pass 。

Depth peeling 可能带来的问题：

1. 效率降低，且开销不稳定。（ pass 数量依赖于相机角度，骨骼动画等）

2. 方案本身带来的复杂性。（如何判断当前有多少层半透明，遮挡查询？）

3. 无已有的可参考的产品，只有技术 demo 。

Depth peeling 是近来研究比较热的半透明渲染方案，其中基于链表的 dx11 实现是一个不小的突破。将来有可能成为比较实用的方案。

参考：

[Interactive Order-Independent Transparency][]

[Order Independent Transparency with Dual Depth Peeling][Interactive Order-Independent Transparency]

[http://users.cs.uoi.gr/~abasilak/bibs/Depth\_Peeling.html][http_users.cs.uoi.gr_abasilak_bibs_Depth_Peeling.html]

[http://www.cs.uoi.gr/~fudos/siggraph2011.html][http_www.cs.uoi.gr_fudos_siggraph2011.html]

[http://developer.amd.com/samples/demos/pages/atiradeonhd5800seriesrealtimedemos.aspx][http_developer.amd.com_samples_demos_pages_atiradeonhd5800seriesrealtimedemos.aspx]

### 基于 line primitive 的头发渲染 ###

用 line primitive 作为头发渲染的几何图元，使用 GPU 对图元排序， opacity map 实现自阴影。属于比较前沿的头发渲染研究领域。可以作为将来潜在的研发方向。

![0_1307952485fZhV.gif][]

参考：

[GPU Primitives-Case Study: Hair Rendering][GPU Primitives-Case Study_ Hair Rendering]

[hair animation and rendering in nalu demo][]

[Real-Time Approximate Sorting for Self Shadowing and Transparency in Hair Rendering][]

### shaderX5 2.8 ZT-buffer algorithm ###

总体思想是用两张 render target （ ZT-buffer ）保存每层半透明的透明度和深度。渲染半透明物体时先采样 ZT-buffer ，采样得到的数据和当前渲染的数据放在一起排序。然后再写入 ZT-buffer 。

最后画一个 screen quad 渲染所有透明物体

优点：

1. 简单

2. 无需排序

存在的问题：

1. 需要硬件支持在 ps 中同时读写同一张 render target （ nv 没有明确的文档说可以）

2. 两张 render target 只能实现三层半透明

3. 文中的方法半透明物体只能根据透明度进行混合，无法计算光照。

如果需要计算光照，需要对算法扩展。可能需要三张 render target 。

鉴于以上三点问题，次方法很难用到实际工程中去。

### shaderX6 3.7 robust order-independent transparency via reverse depth peeling ###

总体上是对 depth peeling 算法的改进。将从前到后的绘制顺序，改进为从后到前的绘制顺序。减少 render target的使用，进而节约一些显存。

### GPU Pro 3.3 Alpha Blending as a Post-Process ###

提出一种场景中大量半透明面片的渲染方法，用于游戏 Pure 。

该方法分为四部步：

1. 渲染场景中不透明的部分

2. 将半透明物体的透明度渲染到一张 render target ，生成一张屏幕空间的半透明 mask 。

3. 使用镂空渲染半透明的物体

4. 用半透明 mask 将不透明的场景和镂空的场景混合起来。

该方法较适合室外大量植被的渲染，可以得到柔和的边缘，效率高。但是得到的半透明不是像素正确的。

### shaderx7 2.7 deferred rendering transparency ###

interlace tranparency 或称 screen door transparency 。思想是以像素间隔的方式在 G-buffer 上保存不透明和半透明物体的信息。然后在 shading 阶段将相邻像素根据透明度混合起来。

该方法在实现延迟渲染的初期就仔细调研过，它的优点是可以以统一的方式处理半透明和不透明。但缺点也同样比较致命：

如果以 4 个像素的方块作为一个混合单元，只能支持 3 层半透明。

如果光照环境和材质细节较复杂，特别是高光较强时，可以看出明显的颗粒感。且透明层数越多效果越差。

### Shaderx6 3.5 deferred rendering using a stencil routed k-buffer ###

使用 multi-sample 的 RT 保存最多八层的半透明信息，使用 stencil-buffer 作为对 sub-pixel 操作的手段。最后用后处理的方式将多层半透明的像素混合起来。

优点：

1. 只需要一个 geometry pass ，和一个 post-process pass 。

2. 效率比 depth peeling 高。

缺点：

1. 需要 dx10 支持（在不开 msaa 的情况下渲染到 multi-sample 的 RT ，以及需要在 shader 中采样单独采样multi-sample RT 的 sub-pixel 。）

2. 最多 8 层半透明。

3. 难于实现每层材质各不相同的半透明。

相关参考：

[Stencil Routed A-Buffer][]

[http://www.humus.name/index.][http_www.humus.name_index.][PHP][]?page=3D&ID=76

### Stochastic Transparency ###

使用 multi-sampled RT ，每层半透明的颜色随机保存到当前 fragment 的若干 sub-pixel ，随机值与该像素的透明度成正比。最终在整体水平上得到近似正确的半透明效果。

![0_13079524901sos.gif][]

![0_13079524957vUQ.gif][]

优点：

1. 无需排序

2. 内存占用可控（一张 multi-sampled RT ）

3. 只需一个 pass （有一些改进的方法需多一个全屏 pass ）

缺点：

1. 随机算法，产生噪点

2. 需要 DX 10.1 支持（需要存取 multi-sampled RT 的 sub-pixel ）

[http://enderton.org/eric/pub/StochasticTransparency\_I3D2010.pdf][http_enderton.org_eric_pub_StochasticTransparency_I3D2010.pdf]

### Deep deferred shading ###

使用多个 g-buffer （ deep g-buffer ），渲染过程与 depth peeling 相似，渲染一遍，得到一层深度。这一层作为depth buffer ，再渲染下一层。不同之处在于 deep g-buffer 的使用。即使用多个 g-buffer 保存多层半透明的信息。这样就可以使用延迟光照的方法渲染半透明。但代价是大量的显存占用。

[http://www.humus.name/index.php?page=3D&ID=75][http_www.humus.name_index.php_page_3D_ID_75]

[0_1307952085gjgJ.gif]: /images/20220714/6e4e99bbafbe44fe80496003070c920a.png
[0_130795225799gK.gif]: /images/20220714/ea4167c6f7b84db39ce0955886550af5.png
[Practical Real-Time Hair Rendering and Shading]: http://developer.amd.com/media/gpu_assets/Scheuermann_HairSketch.pdf
[hair rendering and shading]: http://developer.amd.com/media/gpu_assets/Scheuermann_HairSketchSlides.pdf
[0_1307952309PXEl.gif]: /images/20220714/bfb72f3d60ae46fc811beda6c37ce006.png
[Link 1]: http://lib.csdn.net/base/datastructure
[Interactive Order-Independent Transparency]: http://developer.download.nvidia.com/SDK/10/opengl/src/dual_depth_peeling/doc/DualDepthPeeling.pdf
[http_users.cs.uoi.gr_abasilak_bibs_Depth_Peeling.html]: http://users.cs.uoi.gr/~abasilak/bibs/Depth_Peeling.html
[http_www.cs.uoi.gr_fudos_siggraph2011.html]: http://www.cs.uoi.gr/~fudos/siggraph2011.html
[http_developer.amd.com_samples_demos_pages_atiradeonhd5800seriesrealtimedemos.aspx]: http://developer.amd.com/samples/demos/pages/atiradeonhd5800seriesrealtimedemos.aspx
[0_1307952485fZhV.gif]: /images/20220714/8f147285d6f74f148c8708a5c54b025e.png
[GPU Primitives-Case Study_ Hair Rendering]: http://s09.idav.ucdavis.edu/talks/07-Ulf-GPU-Prims-and-Hair-course-slides.pdf
[hair animation and rendering in nalu demo]: http://http.developer.nvidia.com/GPUGems2/gpugems2_chapter23.html
[Real-Time Approximate Sorting for Self Shadowing and Transparency in Hair Rendering]: http://www.cse.chalmers.se/~uffe/hair.pdf
[Stencil Routed A-Buffer]: http://staffwww.itn.liu.se/~andyn/courses/tncg08/sketches/content/sketches/0518.pdf
[http_www.humus.name_index.]: http://www.humus.name/index.php?page=3D&ID=76
[PHP]: http://lib.csdn.net/base/php
[0_13079524901sos.gif]: /images/20220714/4749c95a5dec4ce4bceb24dc38d8adf3.png
[0_13079524957vUQ.gif]: /images/20220714/1f5dc666fd964d799880c910606ffbd9.png
[http_enderton.org_eric_pub_StochasticTransparency_I3D2010.pdf]: http://enderton.org/eric/pub/StochasticTransparency_I3D2010.pdf
[http_www.humus.name_index.php_page_3D_ID_75]: http://www.humus.name/index.php?page=3D&ID=75