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写写简单的HBAO

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发表于 2022-8-4 19:57 | 显示全部楼层 |阅读模式
(Github正常排版: 写写简单的HBAO)
<hr/>0. 起因

   URP有SSAO, HDRP有GTAO. 所以摆烂学一个HBAO. 官方的Github地址
下面是效果图.




下面是URP的SSAO. 可以发现HBAO会软很多, 慢慢淡出.


下面是自己写的GTAO, 调参没有调对. GTAO因为多了多次弹射的结果, 感觉更黑了.


下面随便写的RayTracingAO, 也没有仔细的调参. 但是视觉效基本上和上面的差不多.


自己调参可能有点不准确, 这是官方给的SSAO和HBAO的对比图.




HBAO对比SSAO采样次数更少, 效果也好很多, 不过使用了多次三角函数. 虽然SSAO可以变成TSSAO来减少采样和降低噪点.
同时我在找资料的时候还发现CACAO, 算是SSAO的升级, 效果也不错.Github地址


<hr/>1. 原理

   HBAO, Image-Space Horizon-Based Ambient Occlusion, 水平基准环境光遮蔽, 是一项英伟达于2008年提出的SSAO衍生版, 效果比SSAO更好. 文章地址
YiQiuuu的有篇文章是关于HBAO原理和实现, 讲的详细且不错, 文章地址. 这里直接快速引用概括一下.

  • 屏幕上的每一个像素, 做一个四等分的四条射线, 然后随机旋转一下. 每一个像素的随机角度不能一样, 否则效果很怪/是错的. 这里的四等分也可以是六等分, 八等分...



2. 对于任意一条射线, 沿着射线方向生成一个一维的高度. 然后RayMarch根据深度做找到一个最大的水平角(Horizon Angle).


3. 根据点P和它的法线(面法线), 计算它的切面角(Tangent Angle).


4. 根据Horizon Angle和Tangent Angle, 得到AO. AO = sin(h) - sin(t).
至于为什么AO=角度值的差?
我的理解(个人理解)是 周围的东西对比当前点越高, 则表示光被周围东西遮挡的越多, 则越暗.


为什么用面法线, 而不是顶点插值法线?


看官网的PPT是说 如果用顶点插值法线去计算会得到错误的遮挡.
如果我们用的是顶点插值法线, 当P在拐弯位置的时候, 顶点插值法线和面法线不一致. 计算的半球起始位置就可能会是错的.
而根据View Space 利用ddx/ddy重新生成的法线是对的. 之前的SSAO篇中有介绍怎么重新生成法线.
但是我下面的代码还是会用NormalRT, 首先为了提高性能.
下面是我用ddx/ddy重新生成的法线出的效果. 发现会出现奇怪的死黑的边缘和锯齿.


如果用的是比较复杂算法生成NormalRT, 看着效果和Gbuffer的NormalRT产生的效果也差不多.


而且物体一般都有NormalMap, 用深度图和算法重新生成的NormalRT是没有NormalMap的. 比如地表的石子用的是NormalMap, 就会出现下面的效果.




因此我这里还是用的GBuffer的Normal 或者 DepthNormals Pass 生成的NormalRT.
其实正确的应该是用BentNormalRT. BentNormal大体指光线大概率通过的平均方向/不被其他物体遮挡的方向. 因此生成这个也更麻烦, 业界做法常常是离线烘焙好贴图.



<hr/>2. C#

   个人习惯, 先写C#吧.
2.1 RenderSettings

创建一个C#文件HBAORenderFeature.cs. 先写RenderSettings.
using UnityEngine;
using UnityEngine.Rendering;
using UnityEngine.Rendering.Universal;

[System.Serializable]
public class HBAORenderSettings
{
        [Range(0.0f, 1.0f)] public float intensity = 1.0f;
        [Range(0.25f, 5.0f)] public float radius = 1.2f;
        [Range(16f, 256f)] public float maxRadiusPixels = 256;
        [Range(0.0f, 0.5f)] public float angleBias = 0.05f;
        [Min(0)] public float maxDistance = 150.0f;
        [Min(0)] public float distanceFalloff = 50.0f;
        [Range(0.0f,16.0f)] public float sharpness = 8.0f;
}
intensity: AO强度
radius: 射线半径
maxRadiusPixels: 最大半径的像素数量
angleBias: 角度阈值
maxDistance: AO的最大距离, 超过这个距离就没有AO了
distanceFalloff: AO的距离衰减, 淡出用
sharpness: 模糊深度权重
2.2 RenderFeature

然后继续在C#文件HBAORenderFeature.cs中, 写RenderFeature. HBAORenderPass 在后面补充.
因为URP的生命周期越来越神奇 存在反复调用, 所以我用 OnCreate() 和 flag 来管理.
这里只是demo, renderPassEvent我是随便写的. 比如这里是RenderPassEvent.BeforeRenderingPostProcessing.
using UnityEngine;
using UnityEngine.Rendering;
using UnityEngine.Rendering.Universal;

[System.Serializable]
public class HBAORenderSettings
{
        ...
}

public class HBAORenderFeature : ScriptableRendererFeature
{
        public Shader effectShader;
        public HBAORenderSettings renderSettings;

        private bool needCreate;
        private HBAORenderPass renderPass;
        private Material effectMat;

        public override void Create()
        {
                needCreate = true;
        }

        protected override void Dispose(bool disposing)
        {
                CoreUtils.Destroy(effectMat);
                if (renderPass != null)
                {
                        renderPass.OnDestroy();
                        renderPass = null;
                }
        }

        public void OnCreate()
        {
                if (!needCreate)
                {
                        return;
                }

                needCreate = false;

                if (renderPass == null)
                {
                        renderPass = new HBAORenderPass()
                        {
                                renderPassEvent = RenderPassEvent.BeforeRenderingPostProcessing,
                        };
                }

                if (effectMat == null || effectMat.shader != effectShader)
                {
                        CoreUtils.Destroy(effectMat);
                        if (effectShader != null)
                        {
                                effectMat = CoreUtils.CreateEngineMaterial(effectShader);
                        }
                }

                renderPass.OnInit(effectMat, renderSettings);
        }

        public override void AddRenderPasses(ScriptableRenderer renderer, ref RenderingData renderingData)
        {
                if (effectShader == null)
                {
                        return;
                }

                OnCreate();
                renderer.EnqueuePass(renderPass);
        }
}
到这里RenderFeature基本就写完了.
2.3 RenderPass

创建HBAORenderPass.cs文件. 先写一个基础框架.
using UnityEngine;
using UnityEngine.Rendering;
using UnityEngine.Rendering.Universal;

public class HBAORenderPass : ScriptableRenderPass
{
        private const string k_tag = "HBAO";

        private HBAORenderSettings settings;
        private Material effectMat;

        public HBAORenderPass()
        {
                profilingSampler = new ProfilingSampler(k_tag);
        }

        public void OnInit(Material _effectMat, HBAORenderSettings _renderSettings)
        {
                effectMat = _effectMat;
                settings = _renderSettings;
        }

        public void OnDestroy()
        {
        }

        public override void Configure(CommandBuffer cmd, RenderTextureDescriptor cameraTextureDescriptor)
        {
        }

        public override void Execute(ScriptableRenderContext context, ref RenderingData renderingData)
        {
                var cmd = CommandBufferPool.Get();
                using (new ProfilingScope(cmd, profilingSampler))
                {
                       
                }

                context.ExecuteCommandBuffer(cmd);
                CommandBufferPool.Release(cmd);
        }
}

从前面知道我们需要depthRT和normalRT, 所以在Configure中配置ConfigureInput.
public class HBAORenderPass : ScriptableRenderPass
{
        ...

        public override void Configure(CommandBuffer cmd, RenderTextureDescriptor cameraTextureDescriptor)
        {
                ConfigureInput(ScriptableRenderPassInput.Depth | ScriptableRenderPassInput.Normal);
        }

        ...
}
然后我们需要一个随机旋和射线长度的噪音图, 这里我偷懒用了ComputeBuffer. 但是建议离线把Texture保存下来传入.
创建一个变量 ComputeBuffer noiseCB , 和 GenerateNoise 方法.
noise.x: 随机初始角度
noise.y: 射线随机初始化长度
public class HBAORenderPass : ScriptableRenderPass
{
        ...

        private ComputeBuffer noiseCB;
        private HBAORenderSettings settings;
        private Material effectMat;

        ...

        public void OnInit(Material _effectMat, HBAORenderSettings _renderSettings)
        {
                effectMat = _effectMat;
                settings = _renderSettings;
                if (noiseCB != null)
                {
                        noiseCB.Release();
                }
                Vector2[] noiseData = GenerateNoise();
                noiseCB = new ComputeBuffer(noiseData.Length, sizeof(float) * 2);
                noiseCB.SetData(noiseData);
        }

        public void OnDestroy()
        {
                if (noiseCB != null)
                {
                        noiseCB.Release();
                        noiseCB = null;
                }
        }

        ...

        public override void Execute(ScriptableRenderContext context, ref RenderingData renderingData)
        {
                ...
        }

        private Vector2[] GenerateNoise()
        {
                Vector2[] noises = new Vector2[4 * 4];

                for (int i = 0; i < noises.Length; i++)
                {
                        float x = Random.value;
                        float y = Random.value;
                        noises = new Vector2(x, y);
                }

                return noises;
        }
}
然后就是Shader属性ID. 这里直接全部一把梭写完了, 不用来回折腾, 也方便自动补全.
public class HBARenderPass : ScriptableRenderPass
{
        private const string k_tag = "HBAO";

        private static readonly int hbaoRT_ID = Shader.PropertyToID("_HBAORT");
        private static readonly int hbaoBlurRT_ID = Shader.PropertyToID("_HBAOBlurRT");
        private static readonly int noiseCB_ID = Shader.PropertyToID("_NoiseCB");
        private static readonly int aoTex_ID = Shader.PropertyToID("_AOTex");
        private static readonly int intensity_ID = Shader.PropertyToID("_Intensity");
        private static readonly int radius_ID = Shader.PropertyToID("_Radius");
        private static readonly int negInvRadius2_ID = Shader.PropertyToID("_NegInvRadius2");
        private static readonly int maxRadiusPixels_ID = Shader.PropertyToID("_MaxRadiusPixels");
        private static readonly int angleBias_ID = Shader.PropertyToID("_AngleBias");
        private static readonly int aoMultiplier_ID = Shader.PropertyToID("_AOMultiplier");
        private static readonly int maxDistance_ID = Shader.PropertyToID("_MaxDistance");
        private static readonly int distanceFalloff_ID = Shader.PropertyToID("_DistanceFalloff");
        private static readonly int blurSharpness_ID = Shader.PropertyToID("_BlurSharpness");
        private static readonly int blurDeltaUV_ID = Shader.PropertyToID("_BlurDeltaUV");

        ...

}
Execute(ScriptableRenderContext context, ref RenderingData renderingData) 方法中, 把Settings参数和NoiseCB等传输给GPU.
radius, 跟屏幕尺寸比例有关.
maxRadiusPixels, 跟屏幕分辨率有关.
aoMultiplier, 跟bias有关系, 因为bias会减弱ao, 所以这个做补偿.
public override void Execute(ScriptableRenderContext context, ref RenderingData renderingData)
{
        var cmd = CommandBufferPool.Get();
        using (new ProfilingScope(cmd, profilingSampler))
        {
                int width = renderingData.cameraData.cameraTargetDescriptor.width;
                int height = renderingData.cameraData.cameraTargetDescriptor.height;
                float fov = renderingData.cameraData.camera.fieldOfView;
                float tanHalfFovY = Mathf.Tan(0.5f * fov * Mathf.Deg2Rad);

                cmd.SetGlobalBuffer(noiseCB_ID, noiseCB);
                cmd.SetGlobalFloat(intensity_ID, settings.intensity);
                cmd.SetGlobalFloat(radius_ID, settings.radius * 0.5f * height / (2.0f * tanHalfFovY));
                cmd.SetGlobalFloat(negInvRadius2_ID, -1.0f / (settings.radius * settings.radius));
                float maxRadiusPixels = settings.maxRadiusPixels * Mathf.Sqrt((width * height) / (1080.0f * 1920.0f));
                cmd.SetGlobalFloat(maxRadiusPixels_ID, Mathf.Max(16, maxRadiusPixels));
                cmd.SetGlobalFloat(angleBias_ID, settings.angleBias);
                cmd.SetGlobalFloat(aoMultiplier_ID, 2.0f / (1.0f - settings.angleBias));
                cmd.SetGlobalFloat(maxDistance_ID, settings.maxDistance);
                cmd.SetGlobalFloat(distanceFalloff_ID, settings.distanceFalloff);
        }

        context.ExecuteCommandBuffer(cmd);
        CommandBufferPool.Release(cmd);
}
然后就是申请RT, SetRT, 绘制HBAO, 别忘了释放RT.
Blur和Combine的模块之后再补充.
public override void Execute(ScriptableRenderContext context, ref RenderingData renderingData)
{
        ...
        using (new ProfilingScope(cmd, profilingSampler))
        {
                ...
                cmd.SetGlobalFloat(distanceFalloff_ID, settings.distanceFalloff);
       
                cmd.GetTemporaryRT(hbaoRT_ID, width, height, 0, FilterMode.Bilinear, RenderTextureFormat.R8, RenderTextureReadWrite.Linear);

                cmd.SetRenderTarget(hbaoRT_ID);
                CoreUtils.DrawFullScreen(cmd, effectMat, null, 0);

                //TODO:Blur
                //TODO:Combine

                cmd.ReleaseTemporaryRT(hbaoRT_ID);
        }
        ...
}
这样简单的HBAO C#基本写完了.
<hr/>3. AOShader

3.1 基础的框架

创建一个Shader文件 HBAO.shader. 写个空的框架进去.
Shader "HBAO"
{
        SubShader
        {
                Tags
                {
                        "RenderType"="Opaque"
                }
                LOD 100

                Cull Off
                ZWrite Off
                ZTest Always

                Pass
                {

                        Name "HBAO"

                        HLSLPROGRAM
                        #pragma vertex vert
                        #pragma fragment frag

                        #include "Packages/com.unity.render-pipelines.core/ShaderLibrary/Common.hlsl"
                        #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl"

                        struct a2v
                        {
                                uint vertexID :SV_VertexID;
                        };

                        struct v2f
                        {
                                float4 pos:SV_Position;
                                float2 uv:TEXCOORD0;
                        };

                        v2f vert(a2v IN)
                        {
                                v2f o;
                                o.pos = GetFullScreenTriangleVertexPosition(IN.vertexID);
                                o.uv = GetFullScreenTriangleTexCoord(IN.vertexID);
                                return o;
                        }

                        half frag(v2f IN) : SV_Target
                        {
                                float2 uv = IN.uv;

                                return 1;
                        }
                        ENDHLSL
                }

        }
}
把C#的传入的参数写上.
还有我们需要DephtRT和NormalRT, 把它们的include也写上 DeclareDepthTexture.hlslDeclareNormalsTexture.hlsl.
同时定义方向等分个数(DIRECTIONS)和射线步进次数(STEPS). 这里直接大力出奇迹! 8等分, 6步进.
我这里偷懒用了Buffer!!!
Pass
{
        Name "HBAO"

        HLSLPROGRAM

        ...
        #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl"
        #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/DeclareDepthTexture.hlsl"
        #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/DeclareNormalsTexture.hlsl"

        ...

        struct v2f
        {
                ...
        };

        #define DIRECTIONS 8
        #define STEPS 6

        StructuredBuffer<float2> _NoiseCB;

        float _Intensity;
        float _Radius;
        float _NegInvRadius2;
        float _MaxRadiusPixels;
        float _AngleBias;
        float _AOMultiplier;
        float _MaxDistance;
        float _DistanceFalloff;

        v2f vert(a2v IN)
        {
                ...
        }

        ...

}
3.2 数据准备

在循环判断HBAO之前还要在Fragment中做点数据准备.
先写一个 GetViewPos . 输入uv, uv采样深度图获得depth. uv和depth和UNITY_MATRIX_I_P 反算出viewPos. viewPos的z是near~far而不是0~1.
再写一个 FetchViewNormals . 采样之前ConfigInput的WorldNormal, 再转换到ViewSpace下. 注意反转YZ.
...
float _DistanceFalloff;

float3 GetViewPos(float2 uv)
{
        float depth = SampleSceneDepth(uv);
        float2 newUV = float2(uv.x, uv.y);
        newUV = newUV * 2 - 1;
        float4 viewPos = mul(UNITY_MATRIX_I_P, float4(newUV, depth, 1));
        viewPos /= viewPos.w;
        viewPos.z = -viewPos.z;
        return viewPos.xyz;
}

float3 FetchViewNormals(float2 uv)
{
        float3 N = SampleSceneNormals(uv);
        N = TransformWorldToViewDir(N, true);
        N.y = -N.y;
        N.z = -N.z;

        return N;
}

v2f vert(a2v IN)
{
        ...
}
回到 Frag .
得到当前像素的viewPos, 如果z>=_MaxDistance, 则无AO(return 1).
再得到当前像素的ViewNormal.
随机值. 根据屏幕坐标划分用NoiseCB得到noise. 因为这里是4x4=16的buffer, 所以是%4.
stepSize和stepAng. 步进的半径由深度决定, 近的时候放大, 远的时候缩小.
half frag(v2f IN) : SV_Target
{
        float2 uv = IN.uv;

        float3 viewPos = GetViewPos(uv);
        if (viewPos.z >= _MaxDistance)
        {
                return 1;
        }

        float3 nor = FetchViewNormals(uv);

        int noiseX = (uv.x * _ScreenSize.x - 0.5) % 4;
        int noiseY = (uv.y * _ScreenSize.y - 0.5) % 4;
        int noiseIndex = 4 * noiseY + noiseX;
        float2 rand = _NoiseCB[noiseIndex];

        float stepSize = min(_Radius / viewPos.z, _MaxRadiusPixels) / (STEPS + 1.0);
        float stepAng = TWO_PI / DIRECTIONS;

        ...
}
3.3 循环迭代

下面就是循环迭代计算AO了. 先写一个二重循环, 循环角度和步进.
角度和射线步进长度 都需要 随机值 做起始. 而且射线的起始像素不包含自己本身的像素, 所以给个最小值1.
为什么要随机值?
因为效果看起来不会那么规则, 而且Blur之后的效果会更好. 可以看下面的两张图, 图一:无随机值且开启Blur 和 图二:有随机值开启Blur.




half frag(v2f IN) : SV_Target
{
        ...
        float stepAng = TWO_PI / DIRECTIONS;

        float ao = 0;

        UNITY_UNROLL
        for (int d = 0; d < DIRECTIONS; ++d)
        {
                float angle = stepAng * (float(d) + rand.x);

                float cosAng, sinAng;
                sincos(angle, sinAng, cosAng);
                float2 direction = float2(cosAng, sinAng);

                float rayPixels = frac(rand.y) * stepSize + 1.0;

                UNITY_UNROLL
                for (int s = 0; s < STEPS; ++s)
                {
                        //TODO:ComputeAO
                }
        }

        return ao;
}
在循环里面累加AO.
偏移UV, 得到新的偏移ViewPos.
利用 当前ViewPos, 当前Normal, 偏移ViewPos, 调用ComputeAO方法得到AO值, 方法在后面补充.
half frag(v2f IN) : SV_Target
{
        ...
        UNITY_UNROLL
        for (int s = 0; s < STEPS; ++s)
        {
                float2 snappedUV = round(rayPixels * direction) * _ScreenSize.zw + uv;
                float3 tempViewPos = GetViewPos(snappedUV);
                rayPixels += stepSize;
                float tempAO = ComputeAO(viewPos, nor, tempViewPos);
                ao += tempAO;
        }
        ...
}
3.4 ComputeAO

完善ComputeAO方法.
这里的公式跟上面的PPT不一样, 但是思想大致相同.
首先上面PPT用的是重新生成的面法线, 所以要做起始角度的补偿. 但是这里用的是顶点插值生成的法线. 所以去掉了角度补偿.
接着我这里用的是累加每个Marching的AO值, 而文章是找到最大值角度值去计算AO.
NoV越大, 说明两个向量的角度越小, 即V靠近N, 周围的物体比较高, AO则越强. NoV 别忘了减去 settings 传入的 _AngleBias .
rsqrt(VoV) = 1 / sqrt(VoV) = 1 / sqrt(dot(VoV)) = 1 / length(V);
NoV = dot(n, v) * rsqrt(VoV) = dot(n, v / length(v)) = dot(n, normalize(v));
然后还要考虑到距离的衰减, 这里用了一个简单的公式: 1 - (dist^2 / maxDist^2).
为什么要 _AngleBias ?
不然在弧形区域会出现不连续的问题, 即出现一段一段的AO. 不过我自己试验了一下好像没有出现.


为什么要距离衰减?
距离衰减可以解决距离过渡导致的跳变的问题, 使其淡出更柔和. 而且还能解决在距离过大的时候, 但是还会计算AO的问题.






float Falloff(float distanceSquare)
{
        return distanceSquare * _NegInvRadius2 + 1.0;
}

float ComputeAO(float3 p, float3 n, float3 s)
{
        float3 v = s - p;
        float VoV = dot(v, v);
        float NoV = dot(n, v) * rsqrt(VoV);

        return saturate(NoV - _AngleBias) * saturate(Falloff(VoV));
}

v2f vert(a2v IN)
{
        ...
}

...
3.5 强度

最后就是把上面累加的AO除以Count, 再把Settings的强度乘进去.
Settings的强度里面有考虑 AngleBias . 不然bias过大就会让AO显得很弱 偏白. 所以 引入 _AOMultiplier , AngleBias 越大, _AOMultiplier 会越小, 让AO越黑.
因为上面z>_MaxDistance 直接 return 1, 太过于突兀了. 所以这里再考虑一个AO距离的衰减.
half frag(v2f IN) : SV_Target
{
        ...

        float ao = 0;

        UNITY_UNROLL
        for (int d = 0; d < DIRECTIONS; ++d)
        {
                ...
        }

        //apply bias multiplier
        ao *= _Intensity * _AOMultiplier / (STEPS * DIRECTIONS);

        float distFactor = saturate((viewPos.z - (_MaxDistance - _DistanceFalloff)) / _DistanceFalloff);

        ao = lerp(saturate(1 - ao), 1, distFactor);

        return ao;
}
HBAO第一个pass写完基本就是下图这样, 充满噪点, 放大看就是一个格子一个格子的跳变. 后面就是横竖两次Blur就够了.


<hr/>4. Blur

4.1 C#

HBAORenderPass.cs文件中, 修改Execute方法 添加blur pass.
再申请一个BlurRT. 把AORT作为Input, BlurRT作为Target, 进行一次Horizontal Blur. 再把BlurRT作为Input, AORT作为Target, 进行一次Vertical Blur.
最后别忘了销毁申请的BlurRT.
public class HBAORenderPass : ScriptableRenderPass
{
        ...

        public override void Execute(ScriptableRenderContext context, ref RenderingData renderingData)
        {
                var cmd = CommandBufferPool.Get();
                using (new ProfilingScope(cmd, profilingSampler))
                {
                        ...
                        CoreUtils.DrawFullScreen(cmd, effectMat, null, 0);

                        cmd.GetTemporaryRT(hbaoBlurRT_ID, width, height, 0, FilterMode.Bilinear, RenderTextureFormat.R8, RenderTextureReadWrite.Linear);

                       
                        cmd.SetGlobalFloat(blurSharpness_ID, settings.sharpness);

                        cmd.SetGlobalVector(blurDeltaUV_ID, new Vector4(1.0f / width, 0, 0, 0));
                        cmd.SetGlobalTexture(aoTex_ID, hbaoRT_ID);
                        cmd.SetRenderTarget(hbaoBlurRT_ID);
                        CoreUtils.DrawFullScreen(cmd, effectMat, null, 1);
                       
                        cmd.SetGlobalVector(blurDeltaUV_ID, new Vector4(0, 1.0f / height, 0, 0));
                        cmd.SetGlobalTexture(aoTex_ID, hbaoBlurRT_ID);
                        cmd.SetRenderTarget(hbaoRT_ID);
                        CoreUtils.DrawFullScreen(cmd, effectMat, null, 1);

                        //TODO:Combine

                        cmd.ReleaseTemporaryRT(hbaoRT_ID);
                        cmd.ReleaseTemporaryRT(hbaoBlurRT_ID);
                }
                context.ExecuteCommandBuffer(cmd);
                CommandBufferPool.Release(cmd);
        }

}
4.2 Shader框架

返回 HBAO.shader , 添加一个新的Blur Pass框架.
后面权重比较需要Depth, 这里先提前加了include DeclareDepthTexture.hlsl .
Shader "HBAO"
{
        SubShader
        {
                ...

                Pass
                {
                        Name "HBAO"
                        ...
                }

                Pass
                {
                        Name "Blur"

                        HLSLPROGRAM
                        #pragma vertex vert
                        #pragma fragment frag

                        #include "Packages/com.unity.render-pipelines.core/ShaderLibrary/Common.hlsl"
                        #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl"
                        #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/DeclareDepthTexture.hlsl"

                        struct a2v
                        {
                                uint vertexID :SV_VertexID;
                        };

                        struct v2f
                        {
                                float4 pos:SV_Position;
                                float2 uv:TEXCOORD0;
                        };

                        v2f vert(a2v IN)
                        {
                                v2f o;
                                o.pos = GetFullScreenTriangleVertexPosition(IN.vertexID);
                                o.uv = GetFullScreenTriangleTexCoord(IN.vertexID);
                                return o;
                        }

                        half frag(v2f IN) : SV_Target
                        {
                                float2 uv = IN.uv;

                                return 0;
                        }
                        ENDHLSL
                }
        }
}
添加C#传入的属性 和 KERNEL_RADIUS(模糊半径).
Pass
{
        Name "Blur"

        HLSLPROGRAM

        ...
        struct v2f
        {
                ...
        };

        #define KERNEL_RADIUS 2

        TEXTURE2D(_AOTex);
        SAMPLER(sampler_AOTex);

        float _BlurSharpness;
        float2 _BlurDeltaUV;

        v2f vert(a2v IN)
        {
                ...
        }

        ...
        ENDHLSL
}
4.3 提前准备

在Blur之前还要写一些方法.
FetchAOAndDepth . 传入UV, 得到AO和线性的0~1深度.
...
float2 _BlurDeltaUV;

void FetchAOAndDepth(float2 uv, inout float ao, inout float depth)
{
        ao = SAMPLE_TEXTURE2D_LOD(_AOTex, sampler_AOTex, uv, 0).r;
        depth = SampleSceneDepth(uv);
        depth = Linear01Depth(depth, _ZBufferParams);
}

v2f vert(a2v IN)
{
        ...
}


half frag(v2f IN) : SV_Target
{
        ...
}
再添加三个方法, CrossBilateralWeight, ProcessSample , ProcessRadius.
CrossBilateralWeight, 通过采样半径和深度差得到一个滤波权重.
ProcessSample, 累加 滤波权重 和 AO*滤波权重, 后面得到平均AO用.
ProcessRadius, 循环偏移UV进行采样和累加.
void FetchAOAndDepth(float2 uv, inout float ao, inout float depth)
{
        ...
}

float CrossBilateralWeight(float r, float d, float d0)
{
        float blurSigma = KERNEL_RADIUS * 0.5;
        float blurFalloff = 1.0 / (2.0 * blurSigma * blurSigma);

        float dz = (d0 - d) * _ProjectionParams.z * _BlurSharpness;
        return exp2(-r * r * blurFalloff - dz * dz);
}

void ProcessSample(float ao, float d, float r, float d0, inout float totalAO, inout float totalW)
{
        float w = CrossBilateralWeight(r, d, d0);
        totalW += w;
        totalAO += w * ao;
}

void ProcessRadius(float2 uv0, float2 deltaUV, float d0, inout float totalAO, inout float totalW)
{
        float ao;
        float d;
        float2 uv;
        UNITY_UNROLL
        for (int r = 1; r <= KERNEL_RADIUS; r++)
        {
                uv = uv0 + r * deltaUV;
                FetchAOAndDepth(uv, ao, d);
                ProcessSample(ao, d, r, d0, totalAO, totalW);
        }
}

v2f vert(a2v IN)
{
        ...
}
4.4 Blur

直接在frag中调用刚才创建的方法. 即累加AO除权就好了.
half frag(v2f IN) : SV_Target
{
        float2 uv = IN.uv;
        float2 deltaUV = _BlurDeltaUV;

        float totalAO;
        float depth;
        FetchAOAndDepth(uv, totalAO, depth);
        float totalW = 1.0;

        ProcessRadius(uv, -deltaUV, depth, totalAO, totalW);
        ProcessRadius(uv, +deltaUV, depth, totalAO, totalW);

        totalAO /= totalW;

        return totalAO;
}
Blur这一步做完就是下图这样. 之后就是要Combine了.


<hr/>5. Combine
5.1 C#

最后就是把AO图贴回到主画布上.
我这里用的是Unity2022, API和2021有点不一样.
返回 HBAORenderPass.cs , 继续修改 Execute 方法. 其实就是把AOTex传给Shader, 再SetRT为ColorTarget, 最后执行全屏绘制.
public class HBAORenderPass : ScriptableRenderPass
{
        ...

        public override void Execute(ScriptableRenderContext context, ref RenderingData renderingData)
        {
                var cmd = CommandBufferPool.Get();
                using (new ProfilingScope(cmd, profilingSampler))
                {
                        ...
                        CoreUtils.DrawFullScreen(cmd, effectMat, null, 1);

                        cmd.SetGlobalTexture(aoTex_ID, hbaoRT_ID);
                        cmd.SetRenderTarget(renderingData.cameraData.renderer.cameraColorTargetHandle);
                        CoreUtils.DrawFullScreen(cmd, effectMat, null, 2);

                        cmd.ReleaseTemporaryRT(hbaoRT_ID);
                        ...
                }
                context.ExecuteCommandBuffer(cmd);
                CommandBufferPool.Release(cmd);
        }
}
5.2 Shader

Shader这里准备用Color Blend(OM)模式来做, 我们把AO的值当作Alpha来输出. 最后就是 finalColor = DestRT.rgb(原图颜色) * srcAlpha(AO) + srcColor(白色) * 0 .
为什么原图的rgb要输出白色?
因为方便改Color Blend(OM)进行debug. 比如说 把 Blend SrcAlpha Zero 改成 Blend SrcAlpha Zero 就可以直接进行debug了.
修改 HBAO.Shader 文件, 加一个CombinePass.
Shader "HBAO"
{
        SubShader
        {
                ...

                Pass
                {
                        Name "HBAO"
                        ...
                }

                Pass
                {
                        Name "Blur"
                        ...
                }

                Pass
                {
                        Name "Combine"

                        Blend Zero SrcAlpha
                        // Blend SrcAlpha Zero

                        HLSLPROGRAM
                        #pragma vertex vert
                        #pragma fragment frag

                        #include "Packages/com.unity.render-pipelines.core/ShaderLibrary/Common.hlsl"
                        #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl"

                        struct a2v
                        {
                                uint vertexID :SV_VertexID;
                        };

                        struct v2f
                        {
                                float4 pos:SV_Position;
                                float2 uv:TEXCOORD0;
                        };

                        TEXTURE2D(_AOTex);
                        SAMPLER(sampler_AOTex);

                        v2f vert(a2v IN)
                        {
                                v2f o;
                                o.pos = GetFullScreenTriangleVertexPosition(IN.vertexID);
                                o.uv = GetFullScreenTriangleTexCoord(IN.vertexID);
                                return o;
                        }

                        half4 frag(v2f IN) : SV_Target
                        {
                                half ao = SAMPLE_TEXTURE2D_LOD(_AOTex, sampler_AOTex, IN.uv, 0).x;

                                return half4(1, 1, 1, ao);
                        }
                        ENDHLSL
                }
        }
}
这样做完了一个简单的HBAO. 下面是Combine之后的对比图, 效果能凑活着用.








<hr/>在计算AO和Blur阶段, 感觉用Compute Shader应该会快一点. 用groupshared 去缓存depth, 从而减少采样.
项目中感觉可以用半分辨率+更少的方向划分和步进, 效果其实差不了多少.
下面还有一些别人的文章, 里面有代码和其它的AO可以做参考.
图形学基础|环境光遮蔽(Ambient Occlusion)
【论文复现】Image-Space Horizon-Based Ambient Occlusion
环境遮罩
<hr/>写完印度の剑3正好上线, 芜湖起飞!

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发表于 2022-8-4 20:00 | 显示全部楼层
写的很棒
发表于 2022-8-4 20:02 | 显示全部楼层
xb2开始那个ao看起来就像是hbao或者gtao,范围比较大,距离衰减也漂亮[飙泪笑]
发表于 2022-8-4 20:02 | 显示全部楼层
看graphics settings 说是 TSSAO
发表于 2022-8-4 20:03 | 显示全部楼层
名子怎么叫都无所谓嘛[捂脸]确实是ss的
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