数字经济最新消息,太原seo排名公司,wordpress知识管理系统,阴阳师网站建设水的渲染一直是图形学需要解决的问题#xff0c;本篇博客主要介绍用傅里叶变换算法实现的水反射#xff0c;也是一种假反射效果#xff0c;目的是优化效率。实现的效果如下图所示#xff1a;使用傅里叶系数来表示地形高度的假反射效果#xff0c;在我们开发的游戏中使用水… 水的渲染一直是图形学需要解决的问题本篇博客主要介绍用傅里叶变换算法实现的水反射也是一种假反射效果目的是优化效率。实现的效果如下图所示使用傅里叶系数来表示地形高度的假反射效果在我们开发的游戏中使用水着色器告诉读者我将如何利用引擎处理水的反射我们自己开发水渲染效果需要在优化方面考虑计算每帧渲染时间。我们要处理渲染简化的低分辨率反射地图因为我们还要渲染对于流动的水平面。算法的实现其实都是源于生活大家如果平时出去旅游经常会看到山丘的反射近处反射的比较清晰但在远处它只是一个黑色的斑点。试想一下如果我们能够记录每个水点周围的水面上方的地形的角度然后我可以在水着色器中使用这个反射光线它应该是从“天空”过渡到“地形”的点。(Spherical harmonics)球面谐波是一种众所周知的技术通常用于全局照明。非常简要地总结每个顶点存储一组预先计算的系数这允许我们重建击中对象的环境光。这些系数基本上存储从每个方向照射该点的光的映射图。反射/环境光通常是非常低的频率因此这是这些系数如何包含这么“多”的信息原因。我决定用我引擎中的水尝试类似的技术每个顶点保存一组小系数描述地形在水上方围绕该点的每个方向上升的角度。这可以用一个四元系列的系数来描述 - 基本上是球面谐波的2d方程。当在顶点之间插值时这些傅里叶系数就可以计算出来了给读者展示一下效果图吧。在水上的一个点周围的采样方向上的各种角度。我们计算每个水顶点的系数这涉及每个顶点的操作1、在点周围选择 k个均匀间隔的采样方向。k的值只影响计算因此您可以将其设置为一定的高以实现其仿真度我目前使用13。2、对于每个采样方向执行光线跟踪。一次执行一个高度地图像素测量水面上方的地形角度。你想要精确的反射取决于你离岸的距离在本文的示例应用程序中我目前使用5个像素。如果你的游戏涉及从低水平面的不同的水观察视角你将需要使用更多(后面更多)。3、现在我们有一个函数(每2π循环)表示点周围的地形高度。4、为了获得表示该函数的傅里叶系数我们需要对每个系数的表达式进行积分计算确切的表达式可以在网上找到。我使用数值积分分辨率为400(例如每个函数400个样本)使用的数字仅影响计算。 5、我计算前8个系数这个数字直接影响效果的品质和性能。8对我的目的来说肯定够好了当然我们会尽量降低。我把我的系数作为16位浮点存储在我的顶点结构中(因此每个顶点占用16个字节)。在水着色器中我使用反射向量来确定我设置的角度代码如下float3 reflectionRay reflect(worldPosition - CameraPosition, normal);float angle atan2(-reflectionRay.z, -reflectionRay.x) PI;//这给出了0和2π之间的角度然后我们能够使用它来查找地形高度。本文实现的傅里叶评估函数看起来像这样(t是角度)float EvaluateFourier(float t, float4 coefs1, float4 coefs2){ float4 sins; float4 coses; sincos(float4(t, 2 * t, 3 * t, 4 * t), sins, coses); float value coefs1.r; // a0 value coefs1.g * coses.r; // a1 value coefs1.b * sins.r; // b1 value coefs1.a * coses.g; // a2 value coefs2.r * sins.g; // b2 value coefs2.g * coses.b; // a3 value coefs2.b * sins.b; // b3 value coefs2.a * coses.a; // a4 return value;}方程给了我一个角度这也是算法与编程结合的函数实现然后我可以比较水面上的反射光线的角度以确认我们是否应该绘制天空或反射的地形目前我只是使用黑色的反射地形效果似乎满足需求。如果我们想要更好的效果还可以存储地形的颜色除了高度。当然这将使所需的数据量增加四倍。那它是如何工作的呢您可以查看本文顶部的照片作为示例。这里有一个版本的顶点网格绘制。每个顶点存储16字节的数据在我当前的实现。上图显示了我使用的顶点分辨率效果。在水面上使用的法线贴图有助于实现这种假反射效果实现的效果如下所示以上实现的效果在性能方面也给读者分析一下这也有助于读者优化Shader的渲染效果上面给读者实现了一种假反射以避免渲染昂贵的反射贴图因此它需要具有高性能。不幸的是这需要大量的着色器指令在我当前的实现中评估。atan2约有20条指令。HLSL产生4个标量sincos指令其实际上每个占用8个指令槽。总共它为像素着色器添加了约64个指令槽。针对上述问题我们的下一步任务是找到一种减少指令数量的方法。可以使用atan然后是正弦和余弦我可以通过做一些三角取代来减少这一点。或者我可以考虑使用e与虚数的幂的和来评估该系列。当然我们还可以减少系数的数量。另外我将看到我是否可以存储每个系数在单个字节而不是16位浮点。最后总结一下对于具有更多不同视图的游戏这可能不是一个很好的选择。还有这个技术的一个问题是它只反射静态对象地形以及你决定在你的射线检测算法中包含的任何其他游戏元素。
