ПРЕДПОСЫЛКИ ЗАДАЧИ
Я пытаюсь реализовать SSAO после Учебник по OGLDev 45, основанный на Учебник Джона Чепмена. В учебнике OGLDev используется очень упрощенный метод, который выбирает случайные точки в радиусе вокруг положения фрагмента и увеличивает коэффициент АО в зависимости от того, сколько точек выборки имеют глубину, превышающую фактическую глубину поверхности, хранящуюся в этом месте (чем больше позиций вокруг фрагмента лежат перед ним тем больше окклюзия).
Используемый мной «движок» не имеет такого модульного отложенного затенения, как OGLDev, но в основном он сначала визуализирует все цвета экрана в фреймбуфер с вложением текстуры и вложением буфера рендеринга глубины. Чтобы сравнить глубины, позиции пространства просмотра фрагмента рендерятся в другой буфер кадра с прикрепленной текстурой. Затем эти текстуры подвергаются постобработке шейдером SSAO, и результат рисуется в четырехугольнике заполнения экрана. Обе текстуры сами по себе отлично отрисовываются в квадроцикле, и формы ввода шейдера, похоже, тоже в порядке, поэтому я не включил код движка.
Фрагментный шейдер почти идентичен, как вы можете видеть ниже. Я включил некоторые комментарии, которые служат моему личному пониманию.
#version 330 core
in vec2 texCoord;
layout(location = 0) out vec4 outColor;
const int RANDOM_VECTOR_ARRAY_MAX_SIZE = 128; // reference uses 64
const float SAMPLE_RADIUS = 1.5f; // TODO: play with this value, reference uses 1.5
uniform sampler2D screenColorTexture; // the whole rendered screen
uniform sampler2D viewPosTexture; // interpolated vertex positions in view space
uniform mat4 projMat;
// we use a uniform buffer object for better performance
layout (std140) uniform RandomVectors
{
vec3 randomVectors[RANDOM_VECTOR_ARRAY_MAX_SIZE];
};
void main()
{
vec4 screenColor = texture(screenColorTexture, texCoord).rgba;
vec3 viewPos = texture(viewPosTexture, texCoord).xyz;
float AO = 0.0;
// sample random points to compare depths around the view space position.
// the more sampled points lie in front of the actual depth at the sampled position,
// the higher the probability of the surface point to be occluded.
for (int i = 0; i < RANDOM_VECTOR_ARRAY_MAX_SIZE; ++i) {
// take a random sample point.
vec3 samplePos = viewPos + randomVectors[i];
// project sample point onto near clipping plane
// to find the depth value (i.e. actual surface geometry)
// at the given view space position for which to compare depth
vec4 offset = vec4(samplePos, 1.0);
offset = projMat * offset; // project onto near clipping plane
offset.xy /= offset.w; // perform perspective divide
offset.xy = offset.xy * 0.5 + vec2(0.5); // transform to [0,1] range
float sampleActualSurfaceDepth = texture(viewPosTexture, offset.xy).z;
// compare depth of random sampled point to actual depth at sampled xy position:
// the function step(edge, value) returns 1 if value > edge, else 0
// thus if the random sampled point's depth is greater (lies behind) of the actual surface depth at that point,
// the probability of occlusion increases.
// note: if the actual depth at the sampled position is too far off from the depth at the fragment position,
// i.e. the surface has a sharp ridge/crevice, it doesnt add to the occlusion, to avoid artifacts.
if (abs(viewPos.z - sampleActualSurfaceDepth) < SAMPLE_RADIUS) {
AO += step(sampleActualSurfaceDepth, samplePos.z);
}
}
// normalize the ratio of sampled points lying behind the surface to a probability in [0,1]
// the occlusion factor should make the color darker, not lighter, so we invert it.
AO = 1.0 - AO / float(RANDOM_VECTOR_ARRAY_MAX_SIZE);
///
outColor = screenColor + mix(vec4(0.2), vec4(pow(AO, 2.0)), 1.0);
/*/
outColor = vec4(viewPos, 1); // DEBUG: draw view space positions
//*/
}
ЧТО РАБОТАЕТ?
- Текстура цвета фрагмента правильная.
- Координаты текстуры соответствуют квадрату заполнения экрана, который мы рисуем, и преобразуются в [0, 1]. Они дают эквивалентные результаты как
vec2 texCoord = gl_FragCoord.xy / textureSize(screenColorTexture, 0); - Матрица (перспективной) проекции — это та, которую использует камера, и она работает для этой цели. В любом случае, похоже, это не проблема.
- Компоненты вектора случайной выборки находятся в диапазоне [-1, 1], как и предполагалось.
- Текстура позиций пространства просмотра фрагмента выглядит нормально:
ЧТО СЛУЧИЛОСЬ?
Когда я устанавливаю коэффициент смешивания AO в нижней части фрагментного шейдера на 0, он плавно работает до ограничения fps (хотя вычисления все еще выполняются, по крайней мере, я предполагаю, что компилятор не оптимизирует это: D). Но когда AO смешивается, отрисовка кадра занимает до 80 мс (со временем становится все медленнее, как будто буферы заполняются), и результат действительно интересный и запутанный:
Очевидно, что отображение кажется далеким, а мерцающий шум кажется очень случайным, как если бы он напрямую соответствовал случайным векторам выборки. Мне показалось наиболее интересным, что время отрисовки значительно увеличилось только при добавлении фактора АО, а не из-за расчета окклюзии. Есть ли проблема в буферах отрисовки?
