【GDC 2012】Deferred Radiance Transfer Volumes - Global Illumination in Far Cry 3
本文分享的是Far Cry 3在GDC 2012上介绍到的全局光方案，照例，这里对工作内容做一个总结：
2012年9月上线，写实射击，其中光照是画面精美的关键因素
其中对GI的需求是比较明确的，但是这里存在一个挑战：
- 地图尺寸大，lightmap包体过高，内存占用也大
- 实时GI在性能与效果上无法令人满意
最终采用的是一套自研的GI方案，称之为Deferred Radiance Transfer Volumes，先同步一下该方案的一些特点：
- 在离线的时候会通过预处理的方式输出一些probe数据，这些probe数据会在运行时用于对场景做relighting（而非probe本身被relighting）
- 整体方案的性能影响比较小，不论是运行时计算消耗还是内存消耗
- 内存大约是几个MB
- GPU每帧的Shading耗时则仅仅只有0.5ms（部分消耗转移到CPU执行）
上图展示了该方案的效果（环境光表现）
整体的环境光主要包含三部分，如上图所示：
- 左上角的小图展示的是太阳光跟天光的bounce lighting（我理解是间接光照），这部分数据会照亮物件的底部，以及一些不被太阳光直接照射（被阴影遮挡）的物件
- 左下角的小图展示的是天光的直接光，天光以一个方向朝上的半球表示，通过对各个点按照垂直朝下的方式进行照明，可以为物件增加体积感
- 叠加屏幕空间的SSAO算法
这套方案的一个关键特性就是能够支持光源的动态变化，如上图所示，进入夜晚后，太阳光的反射就消失了，天光的颜色（cubemap）也相应的发生了变化，此处场景的照明就只剩下了天光的直接光照。
这套方案是自动触发的，当光源参数变化时，效果是直接反馈在表现上的，不需要额外的干涉或者烘焙流程触发，制作效率高。
此外，relighting还包含对太阳光方向的感知，上图中（类似于VLM，不过貌似这是通用的策略）：
- 蓝色跟红色的墙体是静态物件，会对生成的GI输出产生贡献
- 球体是动态物件，只接受GI的照明，但是却不会对GI做贡献
可以看到不同位置的球体会受到来自场景的间接光照明影响，从而呈现出GI特有的color bleeding效果。
调整光照方向后，左侧的球体可以接受到来自左侧蓝色墙体（太阳光直接照明）的反弹而呈现更强的蓝色，而右侧的红色墙体由于出于阴影中，因此右侧的球体的红色就没了。
除了上述简单测试之外，在实际的场景中，依然能够提供较好的GI表现。
GI效果除了能够响应全局光如太阳光以及天光之外，还能响应动态局部光源，上图中局部光源只考虑直接光照的情况下，黑暗部分比较硬。
叠加上GI表现后，场景的暗部就变得柔软，在这个的作用下，美术同学也不用再额外补光来提升场景表现，一定程度上还能降低消耗。
总体的计算逻辑分为三部分（除了relighting之外，跟VLM不能说相似，只能说是一模一样）：
- 离线负责完成probe的摆放与相关数据的烘焙
- 运行时分为CPU跟GPU两部分
- CPU负责对probe做relighting以应对光照的动态变化，relighting之后的结果会写入到一个3D贴图中
- GPU负责采样3D贴图之后对场景做照明
这里展示了probe摆放的工具，有如下的一些特点：
- 支持美术同学手动标注需要生成probe的区域（也就是不是所有的区域都需要probe），之后按照规则自动生成probe
- 支持美术同学手动修正probe的密度以及对局部probe做增减
- 支持美术同学对probe的各个component做进一步的调节
因为地图尺寸较大，因此必须要走自动摆放逻辑。目前的策略是：
- 以4m为间隔生成probe
- 每个probe生成的位置为自上往下打射线，找到命中点，或者是物件或者是地形，之后在命中点上抬一个距离的位置生成probe
针对植被，这里做了特殊处理：
- 为了避免结果杂乱无章，这里不再以命中的SM的实际位置为probe生成位置，而是以植被的boundingbox作为测试几何体
- 为了避免预算超标，植被部分的probe摆放间隔从4m改成8m
由于probe本身是稀疏的，因此需要一套高效的数据组织结构。
这里会用3D Grid来存储数据，Grid中的每个Cell用一个byte，这个数值指示的是距离该点最近的probe，在该位置所属section（这里没有解释）下面的所有probes中的索引。
参考
[1]. 【GDC 2012】Deferred Radiance Transfer Volumes - Global Illumination in Far Cry 3