前向渲染多个渲染通道

Question

我正在尝试在我的简单 OpenGL 渲染器中实现 PBR，并尝试使用多个光照通道，我使用每个光照一个通道进行渲染，如下所示：

1- 第一遍 = 深度

2- 第二遍 = 环境

3- [3 .. n] 用于场景中的所有灯光。

我将混合函数 glBlendFunc(GL_ONE, GL_ONE) 用于通道 [3..n]，并且在每个片段着色器的末尾进行 Gamma 校正。

但我的输出图像仍然存在问题，当我使用纹理贴图时，它看起来很嘈杂。

这些步骤有什么问题吗？或者这个过程有什么改进？

Answer 1

所以基本上，你计算的是

f(x) = a^gamma + b^gamma + ...

但是，您真正想要的（正如 @NicolBolas 在 cmets 中所指出的那样）是

g(x) = (a + b + ...)^gamma

现在f(x) 和g(x) 只会在像gamma=1 这样相当无用的情况下彼此相等。你根本无法以这种方式对像幂这样的非线性函数进行加法分解。

正确的解决方案是在线性空间中将所有内容混合在一起，然后对每个光源的线性贡献的总和进行伽马校正。

但是，实现这一点会导致一些技术问题。首先，标准的每通道 8 位不够精确，无法存储 linear 颜色值。将这种格式用于累积步骤将导致强烈可见的色带伪影。有两种方法可以解决这个问题：

1. 为累积帧缓冲区使用更高的每通道比特格式。您将需要一个单独的 gamma 校正通道，因此您需要通过 FBO 设置渲染到纹理。 GL_RGBA16F 似乎是一种特别好的格式。由于您使用的是 PBR 照明模型，因此您还可以使用 [0,1] 之外的颜色值，而不是简单的伽马校正，而是在最终通道中应用适当的色调映射。请注意，虽然您可能不需要 alpha chanell，但仍使用 RGBA 格式，RGB 格式根本不是 GL 规范要求的颜色缓冲区格式，因此它们可能不受普遍支持。

2. 仍然以每分量 8 位格式存储数据，伽马校正。这里的关键是混合仍然必须在线性空间中完成，因此目标帧缓冲区颜色值必须在混合之前重新线性化。这可以通过使用GL_SRGB8_ALPHA8 格式的帧缓冲区并启用GL_FRAMEBUFFER_SRGB 来实现。在这种情况下，GPU 将在将片段颜色写入帧缓冲区时自动应用标准 sRGB 伽马校正（目前您的片段着色器会这样做），但在访问这些值（包括混合）时，它也会导致 sRGB 线性化。 OpenGL 4.6 core profile spec 在“17.3.6.1 混合方程”部分中声明：

   如果启用FRAMEBUFFER_SRGB 并且帧缓冲附件的FRAMEBUFFER_ATTACHMENT_COLOR_ENCODING 的值对应 到目标缓冲区是SRGB（参见第 9.2.3 节）、R、G 和 B 目标 颜色值（从定点转换为浮点后）被认为是 为 sRGB 颜色空间编码，因此必须在它们之前线性化 用于混合。每个R、G 和B 组件都以相同的方式转换 在 8.24 节中描述了 sRGB 纹理组件。

方法 1 将是更通用的方法，而方法 2 有几个缺点：

• 线性化/去线性化执行多次，可能会浪费一些 GPU 处理能力
• 由于仍然只使用8位整数，整体质量会较低。在每个混合步骤之后，结果都会四舍五入到下一个可表示的数字，因此您会得到更多的量化噪声。
• 您仍然受限于 [0,1] 中的颜色值，无法（轻松）进行更有趣的色调映射和 HDR 渲染效果

不过，方法 2 也有优势：

• 您不需要单独的最终伽马校正通道
• 如果您的平台/窗口系统确实支持 sRGB 帧缓冲区，您可以直接为您的窗口创建一个 sRGB 像素格式/视觉对象，根本不需要任何渲染到纹理的步骤。基本上，请求 sRGB 帧缓冲区并启用 GL_FRAMEBUFFER_SRGB 就足以完成这项工作。