[游戏开发]再读Internal-DeferredShading

之前在《Unity的Deferred Shading》[1]这篇文章中已经把延迟渲染中用到的默认计算光照的shader过了一遍，时隔一段时间再看，又有一些查漏补缺之处，放在这里记录一下。

两个pass

Internal-DeferredShading中其实包含了两个pass。第二个pass只会在camera为LDR时生效，用于对_LightBuffer中的pixel进行decode：

fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
{
    return -log2(tex2D(_LightBuffer, i.texcoord));
}

UnityComputeShadowFadeDistance

这个Unity内置的API定义如下：

float UnityComputeShadowFadeDistance(float3 wpos, float z)
{
    float sphereDist = distance(wpos, unity_ShadowFadeCenterAndType.xyz);
    return lerp(z, sphereDist, unity_ShadowFadeCenterAndType.w);
}

unity_ShadowFadeCenterAndType这个值与shadow projection的设置有关。如果设置为close fit，fade与相机空间的z有关，此时unity_ShadowFadeCenterAndType是一个零向量：

如果设置为stable fit，fade与阴影衰减的球面中心有关，此时unity_ShadowFadeCenterAndType中保存的就是球心的世界坐标：

screen space mip-maping

在使用light cookie或者聚光灯光源的情况下，延迟渲染中相邻的两个像素，一个可能位于某个物体边缘，而另一个可能属于背景，这就导致采样light cookie texture的uv坐标差异过大。如果直接使用tex2D，硬件会去取合适的mipmap level的texture进行采样，此时相邻两个像素的uv坐标差距很大，硬件就会使用level很高的mipmap来进行匹配（如下图第4张），导致边缘锯齿。

如上图，直接使用tex2D进行采样，物体边缘的锯齿很明显。我们可以使用tex2Dbias，指定mipmap level的偏移量：

attenuation *= tex2Dbias(_LightTexture0, float4(uvCookie.xy, 0, -8)).w;

这里偏移量设置为-8，表示就算要采样level为8的mipmap，也会被偏移到level 0。来看下这样改进后的效果：

LDR下的Light Buffer

当camera为LDR模式时，Light Buffer中保存的信息实际上是$2^{?C}$。因此渲染每个光源时，也要以这种格式输出：

	float4 color = UNITY_BRDF_PBS(
    	albedo, specularTint, oneMinusReflectivity, smoothness,
    	normal, viewDir, light, indirectLight
    );
    #if !defined(UNITY_HDR_ON)
		color = exp2(-color);
	#endif
	return color;

如果有多个光源，我们希望最终得到的结果是$2^{?(C_1+C_2+...+C_n)}$。此时Blend Mode不再是One One，而是DstColor Zero，因为
$$2^{?C_1}?2^{?C_2}=2^{?(C_1+C_2)}$$

点光源下的unity_WorldToLight

点光源下unity_WorldToLight矩阵变换其实等价于在世界空间下从点光源指向物体的向量：

因此以下两种写法其实是等价的：

			#if defined(POINT_COOKIE)
				float3 uvCookie =
					mul(unity_WorldToLight, float4(worldPos, 1)).xyz;
				attenuation *=
					texCUBEbias(_LightTexture0, float4(uvCookie, -8)).w;
			#endif
			
			#if defined(SHADOWS_CUBE)
				shadowed = true;
				shadowAttenuation = UnitySampleShadowmap(-lightVec);
			#endif

Reference

[1] Unity的Deferred Shading

[2] Screenspace vs. mip-mapping

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