GPU Gems1 - 17 环境遮挡
環(huán)境光遮蔽（Ambient Occlusion）“AO”為Amblent Occlusion的縮寫，中文譯為環(huán)境光遮蔽。在DirectX 10.1 API推出后，Amblent Occlusion升級為SSAO（Screen-Space Ambient Occlusion:屏幕空間環(huán)境光遮蔽）；而在微軟推出DirectX 11 API后，SSAO升級至HDAO(高解析度環(huán)境光遮蔽：High Definition Ambient Occlusion)。
我們有必要對AO（環(huán)境光遮蔽）的釋義進行一個簡單了解：AO是來描繪物體和物體相交或靠近的時候遮擋周圍漫反射光線的效果，可以解決或改善漏光、飄和陰影不實等問題，解決或改善場景中縫隙、褶皺與墻角、角線以及細小物體等的表現(xiàn)不清晰問題，綜合改善細節(jié)尤其是暗部陰影，增強空間的層次感、真實感，同時加強和改善畫面明暗對比，增強畫面的藝術(shù)性。可以說：
AO特效在直觀上給我們玩家的感受主要體現(xiàn)在畫面的明暗度上，未開啟AO特效的畫面光照稍亮一些；而開啟AO特效之后，局部的細節(jié)畫面尤其是暗部陰影會更加明顯一些。
本章講到了如何使用有效的實時環(huán)境光遮蔽技術(shù)，對物體遮蔽信息及環(huán)境進行預處理，綜合這些因素給物體創(chuàng)建逼真的光照和陰影。本文大部分參考https://zhuanlan.zhihu.com/game-programming
1 概述
首先，本文中講到，環(huán)境光遮蔽（Ambient Occlusion）一般而言有兩種理解：
1）將環(huán)境光遮蔽視為“智能”的環(huán)境光項，其在模型表面的變化取決于在每點可見多少外部環(huán)境。
2）將環(huán)境光遮蔽視為一個漫反射項，其能有效地支持復雜分布的入射光線。
文中將考慮上述的第二種解釋。
其基本思路是，假如預處理一個模型，計算它上面每個點可以看到多少外部環(huán)境，可以相反地計算有多少環(huán)境被模型的其他部分遮擋，然后在渲染時使用這個信息計算漫反射著色項的值。其結(jié)果是模型上的裂縫變暗，而模型的暴露部分會接收更多的光線，因此更明亮。這種效果實質(zhì)上比使用標準的著色模型更逼真。
另外，這個方法可以擴展為使用環(huán)境光作為照明源，用代表各個方向入射光的環(huán)境貼圖沒來決定物體上每個點光的顏色。為了這個特性，除了記錄在點上可以看到多少外部環(huán)境之外，也記錄大部分可以光從哪個方向到達。這兩個量有效地定義了從外面進入場景的未被遮擋的方向圓錐體，可以一起用來做為來自環(huán)境貼圖的極端模糊的查詢，模擬著色點上來自感興趣的方向圓錐體的全部入射照度。
2 預處理步驟（The Preprocessing Step）
給定一個任意的著色模型，環(huán)境光遮蔽算法需要知道模型上每點的兩個信息：
（1）該點的“可到達度（accessibility）”- 即該點上方半球的哪一部分未被模型的其他部分遮擋;
（2）未被遮擋的入射光的平均方向。
通過下圖在平面上說明這兩個概念。給定在表面上的點P，其法線為N，P點上半球的2/3被場景中其他幾何體遮擋，半球另外的1/3不被遮擋。入射光的平均方向用B表示，其在法線N的右側(cè)。大致來說，在P點的入射光的平均顏色，可以通過求圍繞B矢量的未遮擋入射光的圓錐體的平均值得到。
下面貼出的偽代碼顯示了我們的基本方法。在每個三角形的中心，我們產(chǎn)生一組以表面法線為中心的半球形光線，跟蹤每道光線進入場景，記錄哪些光線與模型相交，標志不能從環(huán)境接收的光線，以及不被遮擋的光線。接著我們計算不被遮擋的光線的平均方向，這給出了入射光平均方向的近似值。（當然，我們計算的方向?qū)嶋H上可能會被遮擋，但我們選擇忽略不計這個問題。）
Example 17-1 計算環(huán)境光遮蔽量的基本算法偽代碼 （Basic Algorithm for Computing Ambient Occlusion Quantities）
For each triangle {Compute center of triangleGenerate set of rays over the hemisphere thereVector avgUnoccluded = Vector(0, 0, 0);int numUnoccluded = 0;For each ray {If (ray doesn't intersect anything) {avgUnoccluded += ray.direction;++numUnoccluded;}}avgUnoccluded = normalize(avgUnoccluded);accessibility = numUnoccluded / numRays;}生成這些光線的簡單方法是使用拒絕采樣法（rejection sampling）：檢測在x，y和z為-1到1區(qū)間的3D立方體中隨機生成的光線，并拒絕不在單位半球中與法線相關(guān)的光線。
能通過這次檢測的光線方向可視分布理想的光線方向。列表17-2的偽代碼表示出了此方法的實現(xiàn)思路。
當然，也可以用更復雜的蒙特卡洛（Monte Carlo）采樣法來得到更好的樣本方向的分布。
Example 17-2 使用拒絕采樣法計算隨機方向的算法偽代碼（Algorithm for Computing
Random Directions with Rejection Sampling）
另外，用圖形硬件代替光線追蹤軟件，有可能加速遮擋信息的計算。
3 使用環(huán)境光遮蔽貼圖進行渲染（Rendering with Ambient Occlusion Maps）
使用環(huán)境光遮蔽貼圖進行著色的基本思想是：可以直接在著色點處使用之前已計算好的，有多少光線能到達表面的，優(yōu)質(zhì)的近似值信息。
影響這個數(shù)值的兩個因素是：
（1）在此點上方半球的哪個部分不被點和環(huán)境貼圖之間的幾何體遮擋。
（2）沿著這些方向的入射光是什么。
下圖顯示了兩種不同的情況。在左圖中，只能看到著色點上面的一小部分，由方向矢量B和圍繞它的方向圓錐體所表示，該點的可到達度非常低。而在右圖中，沿著更大范圍的方向有更多的光線到達給定點。
圖 不同量的可見度的近似（左圖：由于附近的幾何體的遮擋比較嚴重，這點得到的照度較小；右圖：沿著更寬方向的圓錐體，更大量的光能到達這點，照度較左圖更大）在預處理中計算的可訪問性值告訴我們哪一部分半球可以看到環(huán)境貼圖，而可見方向的平均值給出一個近似方向，圍繞它計算入射光。雖然這個方向可能指向一個實際被遮擋的方向（例如，如果半球的兩個獨立區(qū)域未被遮擋，但其余的部分被遮擋，平均方向可能在這兩者之間），但在實踐中其通常運行良好。
有無使用環(huán)境光遮蔽貼圖進行渲染的對比圖?
【核心要點總結(jié)】
?
給定一個任意的著色模型，環(huán)境光遮蔽算法需要知道模型上每點的兩個信息：
1）該點的可到達度（accessibility）。
2）未被遮擋的入射光的平均方向。
文中提出的環(huán)境光遮蔽方法，總結(jié)起來有三個要點：
- 采用了多種在實踐中運行良好的近似方法。
- 主要為預處理操作，將相對昂貴的計算事先準備好，且僅計算在渲染時進行快速著色所需的正確信息。
- 預處理不依賴于光照環(huán)境貼圖，因此可以輕松使用場景中的動態(tài)照明。
【本章配套源代碼匯總表】
Example 17-1 計算環(huán)境光遮蔽量的基本算法偽代碼（Basic Algorithm for Computing
Ambient Occlusion Quantities）
Example 17-2 使用拒絕采樣法計算隨機方向的算法偽代碼（Algorithm for Computing
Random Directions with Rejection Sampling）
Example 17-3 使用可到達度和環(huán)境映射進行著色的片元Shader（Fragment Shader for
Shading with Accessibility Values and an Environment Map）
Example 17-4 latlong( )函數(shù)的定義（The latlong() Function Definition）
Example 17-5 computeBlur( )函數(shù)的定義（The computeBlur() Function Definition）
【關(guān)鍵詞提煉】
環(huán)境光遮蔽（Ambient Occlusion）
拒絕采樣（Rejection Sampling）
環(huán)境光遮蔽貼圖（Ambient Occlusion Maps）
?
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的GPU Gems1 - 17 环境遮挡的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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