谈谈虚幻引擎4的Global Illumination

本届GDC 2013，Epic再次展示了UE4的最新demo，效果惊艳毋庸置疑，，不过今天我们只谈UE4的光照利器--SVOGI。

SVOGI全称Sparse Voxel Octree Global Illumination，由Epic的Andrew Scheidecker发明，和CE3的LPV（Light Propagation Volumes）同属实时全局光照，但SVOGI精度更高，这个也是虚幻引擎迄今为止首次引入实时全局光照，同时SVOGI允许在全景模式下实现间接镜面反射和光照反射。UE4保持了octree（八叉树）的数据结构，SVOGI的算法为voxel cone tracing，此算法的好处是可以使cone-tracing通过GPU运行的更快，在实时模式下，每个像素可以达到运行一次甚至更多。

接下来介绍下voxel cone tracing的核心（转载自CSDN，作者ccanan），简而言之就是voxel和cone tracing：

voxel：


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。voxel比较高效的组织方式是sparse voxel octree，简称svo，以八叉树的hierarchy方式，表示空间中有东西的部分：

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，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
• 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，就是每一个triangle raster出来的每一个pixel都有，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：
如图所示：

• 从lightview渲染场景，把光照信息填入svo
  

• 对svo中的光照信息进行filter
• 开始存进去的光照信息在最底层的level，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来获得足够的光照信息
• 过程类似构建mipmap
• 保存的信息根据光照的方向分布
  

• 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
  

实际计算的时候，基于DX和底层硬件的优化手段也很重要。

在UE4里，不再有预先计算好的光照贴图（lightmaps），取而代之的是，间接或直接光照都是由每帧实时计算得出，对比之前存储于2D纹理贴图里的光照贴图，UE4里全部存储在voxels（voxel就是在三维空间里，一个点的图像信息），voxel由树形结构管理，用来标记一个点的图像信息坐标，当一个像素被渲染的时候，它会向voxel tree询问“哪些voxel对我可见”，基于这些信息，决定了它所会接收到的反射光数量。这些voxel tree会每帧进行信息更新，进而所有像素根据该tree获得相应的光照信息。

高，实在是高。拜读了！

印象中我的数据算法老师就是研究这个的，结果年纪轻轻的就撒手人寰了……