DirectX11：向上/向下倾斜相机时 SSAO 中断

Question

几周以来，我一直在努力让 SSAO 与我的 DirectX11/C++ 图形引擎一起工作，但我想不出我在这段代码中可能犯的任何错误。

我正在关注this OpenGL tutorial，并且使用带有 HLSL（着色器模型 5）着色器的 DirectX 基本上具有完全相同的实现。我有两个帧缓冲区，一个用于位置数据，一个用于法线，都转换为视图空间并在第一个着色器通道中导出：

几何传递顶点着色器：

struct VStoPS {
    float4 pos_ : SV_Position;
    float4 posView_ : POSITION1;
    float4 normalView_ : NORMAL1;
};

/********************** constant buffers ***********************/
cbuffer cbCamera_ {
    float4x4 matView_;
    float4x4 matProjection_;
};

cbuffer cbTransformations_ {
    float4x4 matModel_;
    float4x4 matNormalView_;
};

/*************************** main ******************************/
VStoPS vs_main(float3 pos : POSITION, float3 normal0 : NORMAL0, float2 texCoord0 : TEXCOORD0) {
    VStoPS output = (VStoPS) 0;

    output.posView_ = mul(matView_, mul(matModel_, float4(pos, 1.0)));
    output.normalView_ = normalize(mul(matNormalView_, float4(normal0, 0.0)));

    float4x4 viewProj = mul(matProjection_, matView_);
    float4x4 mvp = mul(viewProj, matModel_);
    output.pos_ = mul(mvp, float4(pos, 1.0));

    return output;
}

几何通道像素着色器：

/************************** structs ****************************/
struct VStoPS {
    float4 pos_ : SV_Position;
    float4 posView_ : POSITION1;
    float4 normalView_ : NORMAL1;
};

struct PS_Output {
    float4 positionView;
    float4 normalView;
};

/*************************** main ******************************/
PS_Output ps_main(VStoPS input) : SV_Target
{
    PS_Output output = (PS_Output)0;
    output.positionView = input.posView_;
    output.normalView = input.normalView_;
    return output;
}

我这样计算普通视图矩阵：

mat4 normalView = (viewMatrix * modelMatrix).getTransposed().getInverse();

我像这样构建了示例内核及其随机旋转（随机函数返回一个介于 0.0 和 1.0 之间的浮点数）：

// Build the main kernel with random samples
for (int i = 0; i < D3D_SSAO_SAMPLE_COUNT; i++)
{
    // Sample kernel is a hemisphere along the positive z axis
    vec3 sample(
        random() * 2.0f - 1.0f,
        random() * 2.0f - 1.0f,
        random()
    );

    // Put more samples closer to the origin of the hemisphere for better results
    float scale = lerp(0.1f, 1.0f, pow(static_cast<float>(i) / static_cast<float>(D3D_SSAO_SAMPLE_COUNT), 2));
    ssaoKernel_[i] = sample.getNormalized() * scale;
}

// Build random kernel rotations to reduce banding
for (int i = 0; i < D3D_SSAO_ROTATIONS_COUNT; i++)
{
    vec3 rotation(
        random() * 2.0f - 1.0f,
        random() * 2.0f - 1.0f,
        0.0f
    );

    ssaoKernelRotations_[i] = rotation.getNormalized();
}

然后我渲染 SSAO 通道。顶点着色器只渲染一个全屏四边形，像素着色器实际的 SSAO 工作如下：

/************************** structs ****************************/
struct VStoPS {
    float4 pos_ : SV_Position;
    float2 texCoord0_ : TEXCOORD0;
};

/********************** constant buffers ***********************/
cbuffer cbSSAO_ {
    float3 samples_[32];
    float3 rotations_[9];
};

cbuffer cbGBufferCamera_ {
    float4x4 matCameraView_;
    float4x4 matCameraProjection_;
};

cbuffer cbScreenInfo_ {
    int screenWidth_;
    int screenHeight_;
};

/********************** shader resources ***********************/
SamplerState sampler_;

Texture2D<float4> gPositionViewFramebuffer_;
Texture2D<float4> gNormalViewFramebuffer_;

/*************************** main ******************************/
float4 ps_main(VStoPS input) : SV_Target {
    const int kernelSize = 32;

    // Get the proper rotation vector for the current fragment
    const float w = (float) screenWidth_;
    const float h = (float) screenHeight_;
    const float2 noiseScale = float2(w / 3.0, h / 3.0);
    const float2 scaledCoordinates = input.texCoord0_ * noiseScale;
    const uint rotationIndex = (scaledCoordinates.x % 3) * (scaledCoordinates.y % 3);
    const float3 kernelRotationVector = normalize(rotations_[rotationIndex]);

    // Sample fragment position and normal from textures
    const float3 fragPos = gPositionViewFramebuffer_.Sample(sampler_, input.texCoord0_).xyz;
    const float3 normal = normalize(gNormalViewFramebuffer_.Sample(sampler_, input.texCoord0_).xyz);

    // Build a transformation matrix from tangent space to view space
    const float3 tangent = normalize(kernelRotationVector - normal * dot(kernelRotationVector, normal));
    const float3 bitangent = cross(normal, tangent);
    const float3x3 TBN = transpose(float3x3(tangent, bitangent, normal));

    // Calculate occlusion
    float occlusion = 0.0;
    const float radius = 0.5;

    for (int i = 0; i < kernelSize; i++)
    {
        // Transform the sample
        float3 currentSample = mul(TBN, samples_[i]);
        currentSample = fragPos + (currentSample * radius);

        // Get the respective depth value from the gBuffer at the same projected location
        float4 offset = float4(currentSample, 1.0);
        offset = mul(matCameraProjection_, offset);
        float2 coords = ((offset.xy / offset.w) + float2(1.0, 1.0)) / 2.0;

        float sampleDepth = gPositionViewFramebuffer_.Sample(sampler_, coords.xy).z;

        // Increase occlusion if the sample is actually occluded
        float rangeCheck = smoothstep(0.0, 1.0, radius / abs(fragPos.z - sampleDepth));
        occlusion += (sampleDepth <= currentSample.z ? 1.0 : 0.0) * rangeCheck;
    }

    occlusion = 1.0 - (occlusion / ((float) kernelSize));
    return float4(occlusion, occlusion, occlusion, 1.0);
}

之后，我应用模糊过滤器来修复由随机旋转向量产生的噪声。直接向前看，结果看起来还不错：

当然，有一些工件，它不是超级干净，但可以使用。实际上有一个立方体悬停在相机前面，但由于它周围没有环境光遮挡，它甚至不会弹出。但是一旦我向上倾斜相机，就会发生这种情况：

基本上，整个场景沿 y 轴被压扁，而立方体沿 x 轴镜像。我已经调试了几个小时，无法弄清楚出了什么问题。以下是我排除的可能问题列表（主要使用 NSight）：

• 示例内核和旋转向量已正确创建并上传到常量缓冲区；他们是 100% 正确的
• 位置和法线数据似乎已正确转换，但我不能 100% 确定包含数据的帧缓冲区应该是什么样子
• 渲染器或着色器本身没有警告，没有数据截断或类似情况
• 我尝试转置不同的矩阵，因为 DirectX 使用与 OpenGL 不同的行优先布局，但这似乎并没有改变任何问题
• 矩阵正在正确上传到常量缓冲区，这是我向上倾斜相机时的视图矩阵和投影矩阵的示例：

我真的很茫然。非常感谢任何有关我可以尝试解决此问题的帮助或提示。如有必要，我很乐意提供有关代码的更多信息。

Answer 1

由于我无法找出问题所在，我实现了this solution instead，它运行良好，并且已经考虑到了 DirectX。我将其标记为已解决。