http://blog.csdn.net/pizi0475/article/details/37877955
一直以來，不明白多光源動態陰影應該如何高效的實現，直到在網上查閱了大量的文章，得知虛幻3引擎裏用到了 Deferred Lighting (延遲光照)渲染系統，實現了多光源的動態光照和陰影，我猜其它遊戲中的實現方法也一定是大同小異了。
於是我花了兩個星期研究，有了現在的結果。延遲光照來源於一種基本的思想，三維變二維的處理方式，不過它變的很完整，除了把整個視口的顏色信息畫到紋理，還把幾何數據（座標，法線）也分別畫到了紋理上，使每個像素都有了完整的頂點信息。這一組紋理被稱作“G-Buffer”，我一直覺得不知道怎樣翻譯比較好，“幾何紋理緩存”？總之每幀的渲染中幾何模型只畫了一次，剩下的都是圖像處理了，每加一個光照，就用G-Buffer的信息處理一次光照效果，累加到最終的輸出。如果有一盞以上的燈光，最終場景的顏色亮度會超過1.0，所以必須用浮點紋理，也必須進行後期HDR效果處理，整個渲染過程變的十分完美。在這些步驟中，控制各種特效的開和關變的很容易，我覺得這是一大好處，雖然它本身的實現過程很麻煩。
在具體的實現中，要解決的問題還是很多的，主要是畫半透明物體的問題。網上很多文章都是大概雷同的解釋，就是對半透明物體依然使用傳統的方法繪製，單獨走一個管線。我覺得這是個最差的設計。畫出那麼多G-Buffer就是爲了方便進行各種後期效果處理的，加上必須要做HDR處理，已經消耗很多時間了，中間要做一次傳統方法的繪製豈不是嚴重效率低下？而且效果是要統一的，所有的材質效果，光照效果，陰影效果，無論是否半透明都要在兩套渲染過程中做的一模一樣，實在不是一件容易的事。於是我想了一個把半透明物體也畫到G-Buffer中的辦法，對於半透明的物體，顯示的顏色是自身和後方物體顏色的混合值，但是對座標紋理和法線紋理的渲染就要有複雜一點的處理，當物體透明度較高時，不足以產生陰影了，就認爲所在像素的深度是後方物體的深度，如果半透明度比較低，希望產生陰影，則像素的深度是半透明物體自身的深度，所以只要在HLSL中加上這樣的判斷，決定是否輸出座標紋理和法線紋理的像素後，把相應像素的w值置爲0或1即可。
在設計過程中，對光照階段的處理加入了 Light Pre-Pass。Light Pre-Pass 在網上有一些爭論，我覺得不必非要和 Deferred Lighting 一較高下，最好是結合起來一起發揮功效。Light Pre-Pass不是直接用G-Buffer和每個燈光畫出最終效果，而是把光照信息單獨放到一個紋理處理(所謂的 Light Pre-Pass 過程)，然後預先算出所有光源的照射亮度，累加到一個浮點紋理上(數值已經HDR了)，最後和G-Buffer中的數據計算物體的最終顏色，可以得到一個HDR顏色數值的場景，然後做HDR效果處理。本來希望這樣處理可以節約一些時間，但是從實際來看效率提高不多，可能是逐像素光照計算太耗時了，這一步無論如何都逃不掉，不過可以使程序邏輯更爲清晰。
性能評價：
在整個流程中，只運行了一次VS，剩下的所有處理都靠PS，而且每個PS都相當複雜，每幀要反覆十幾次圖像處理。所以對顯卡的性能要求還是有點高了。理論上講，只要顯卡足夠強，可以畫出任意多個光源的光照和陰影，但是前提是每個光源都要預先渲染一個自己的ShadowMap，畫ShadowMap是根據光照空間進行特殊的裁剪，而且光照空間一般都很大，由於這個原因，想畫出多個光源的陰影仍然是個困難事。在GeForce-7300GT上，最多畫4個光源，再多就變幻燈片了，而且模型數量不能太多。
缺點總結：
延遲光照的優點當然就不用說了，所以直接說它的缺點。主要就是消耗存儲資源太多，現在的硬件在多目標渲染時要求所有目標緩存格式相同，爲了保存座標和法線，被迫要使用A32B32G32R32F這種大浮點紋理，結果G-Buffer的所有紋理，包括DiffuseMap和EmissiveMap都變成A32B32G32R32F了，實在是浪費空間，加上超大的ShadowMap(一般在2048x2048或更高）現在變成了N個，如果渲染的屏幕尺寸超過1600x1200，256MB顯存都要變成最低要求了。如果希望DiffuseMap和EmissiveMap使用傳統32位顏色來節約空間，生成G-Buffer就要渲染多次場景消耗更多時間，所以只能用空間代價換取時間。
展望一下未來：
如果希望照顧不支持 Shader Model 3.0 的顯卡，延遲光照渲染在一段時間內還是無法普及的。但是無論怎樣，這是一種比較先進的渲染方法，就支持多光源動態效果來說最合適不過了，算是真正的次時代圖形技術:)儘管現在的硬件對它的實現很吃力，但這只是時間的問題，希望以後普及1GB顯存時，顯存空間不再成爲一個約束。
連續兩週每天睡5小時搞這個東西，終於可以告一段落，有建議請留言，我先睡覺去了。。。
附圖：一組完整的G-Buffer和一張最終效果圖
G-Buffer之一：世界空間座標 A32B32G32R32F
G-Buffer之二：世界空間法線 A32B32G32R32F
G-Buffer之三：Diffuse Color Map A32B32G32R32F(太奢侈了)
G-Buffer之四：Emissive Color Map A32B32G32R32F(依然是很奢侈)
最終的效果：放了兩個圍繞世界中心旋轉的平行光源 場景終於有了多個陰影:)
