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[笔记] Unity OIT（Weighted Blended Order-Independent ...

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发表于 2022-1-2 15:15 | 显示全部楼层 |阅读模式
背景


  • 半透明物体的渲染，大部分情况下是使用与顺序相关的alpha-blending技术实现的。大致原理是依据透明度将半透明物体的颜色和当前color Buffer中的颜色进行混合，使物体看起来好像透过它看到了其他物体。
  • 然而，由于半透明的混合算法大部分是前后不对称的，例如srcAlpha oneMinusSrcAlpha, 因此渲染出来的效果严重依赖渲染顺序。当面对一个复杂的场景时，透明渲染几何间的按顺序排序是非常困难且耗时的，并且如果某个几何体出现自交叉的情况，那么就无法进行正确排序，也会导致渲染效果不正确问题。因此，需要设计一种方法来避免几何间按顺序排序。
原理


  • Order independent transparency，就是跟顺序无关的透明。其基本思想是计算每个像素的最终叠加颜色，将透明物体逐像素进行叠加，而无需考虑叠加的顺序。而加权混合方法是在第一代算法的基础上的优化版本，其根据当前片元的深度与透明度，计算出每个片元对于最终像素的贡献比重。当片元透明度很高，或者距离相机很远时，它的贡献比重就会相应的变低。基本原理可以参考如下图的伪代码：


实现


  • 本例在Unity Buildin管线下实现的，由于无法方便的修改管线的绘制流程，因此无奈使用了比较麻烦的后处理的方式实现。
  • 整体的绘制需要三张RT:

    • 首先是先正常绘制场景中不使用OIT的物体和OIT中不透明的物体，将该部分绘制到opaqueTex上面。




opaqueTex



    • 然是绘制需要排序的透明物体，此时给物体特殊的 "LightMode"，使用commandbuffer进行手动绘制，将物体的颜色和α分别绘制OIT记录片元颜色的accumTex以及OIT记录片元透明度的revealageTex上。




accumTex



revealageTex



    • 最后将三张rt根据公式进行混合，最终得到正确的图形。




finalTex

效果


  • 经过测试发现，使用OIT可以有效的解决一些因透明排序错误所造成的渲染问题。具体对比如下图所示（本例中裙子使用的均为半透材质）：



OIT



ODT



OIT



ODT

性能


  • 本例在安卓平台下进行的测试，实际数据就不po了，结论是：

    • 在CPU瓶颈下，由于OIT不需要进行透明排序，因此OIT的耗时会比ODT的小；
    • 而在GPU瓶颈下，由于OIT在shader中增加了一些新的计算，同时增加了几次全屏RT Blit，因此OIT的耗时会比ODT的大。

参考文献


  • 倪朝浩：Web端的实时透明渲染算法
  • https://jcgt.org/published/0002/02/09/paper-lowres.pdf

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