關於反射探頭的實時反射

用反射探頭實現鏡面反射

以前看到過一個日本人寫的文章，關於如何使用Unity的反射探頭來實現地板的鏡面反射效果。

文章地址：nn-hokuson.hatenablog.com/entry/2016/…。

核心代碼很短，主要是根據下圖所示實時更新反射探頭的位置：

先貼一下位置計算的代碼：

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

public class ProbeReflection : MonoBehaviour
{
    public GameObject reflectionPlane;

    private ReflectionProbe probe;

    void Start()
    {
        this.probe = GetComponent<ReflectionProbe>();
    }

    void Update()
    {
        if(reflectionPlane == null)
        {
            return;
        }

        Camera camera = Camera.main;

        if(camera == null)
        {
            return;
        }

        float probeY = reflectionPlane.transform.position.y - camera.transform.position.y;

        this.probe.transform.position = new Vector3(
            camera.transform.position.x,
            reflectionPlane.transform.position.y + probeY,
            camera.transform.position.z
        );
    }
}
複製代碼

這裏反射探頭設置成實時(Realtime)，Cubemap分辨率設置爲2048：

再把地板的金屬度和光滑度都調到1，效果仍是很好的，以下圖：

性能問題

上圖的鏡面反射效果很好，不過須要關注一下性能問題。

這裏作一個測試，仍是剛纔那個場景，把反射探頭的 Time Slicing 設置爲 No time slicing，即每幀完整的繪製一次環境，咱們對比一下drawcall：

能夠看到，如此一個簡單場景，打開探頭實時渲染後，drawcall從125翻到了540。

Unity的官方文檔對此有以下說明：

Each of the six cubemap faces must be rendered separately using a 「camera 」 at the probe’s origin.

The probes will need to be rendered a separate time for each reflection bounce level (see documentation on Advanced Reflection Probes for further details).

The various mipmap levels of the cubemap must undergo a blurring process to allow for glossy reflections.

首先，環境會被渲染至cubemap，而cubemap的6個面都須要各自渲染，以下圖：

其次，反射探頭的環境繪製還會考慮到反彈，反彈的次數由Lighting面板全局控制，以下圖：

最後，爲了正確的計算間接高光，生成各級mipmap的時候還有一個blur操做。

性能優化

對於實時反射探頭的性能優化，Unity官方列了以下幾點：

1. 下降cubemap的分辨率。

2. 利用Cull Mask只渲染對環境影響較大的部分，好比天空盒。

3. 限制繪製環境的頻率，避免每幀繪製。

4. 分幀完成環境繪製。

這裏的優化方案屬於常規方式。

雙拋物面映射

此外，若是要求不是那麼高，咱們也不必定須要cubemap。

前項目在作環境的實時繪製時，用了另一個方式：雙拋物面映射。

關於雙拋物面映射，知乎有一篇推導寫得很好：詳解雙拋物面環境映射。

利用雙拋物面映射，咱們能夠把cubemap的6次場景繪製下降爲下圖的2次：

截圖源自 Dual Paraboloid Environment Mapping Whitepaper。

另外，前項目只生成mipmap，並不作blur操做，代碼細節留到下篇再寫。

關於粗糙度

以前爲了測試鏡面反射，我把金屬度和光滑度都設置成了1。

如今給地板一點粗糙度，這裏我把光滑度下降爲0.8，效果以下：

反射變得模糊了。

Unity會根據粗糙度來計算mipmap level，粗糙度越高mipmap level就越高，反射也就越模糊，代碼以下：

#ifndef UNITY_SPECCUBE_LOD_STEPS
#define UNITY_SPECCUBE_LOD_STEPS (6)
#endif

half perceptualRoughnessToMipmapLevel(half perceptualRoughness)
{
    return perceptualRoughness * UNITY_SPECCUBE_LOD_STEPS; 
}

half3 Unity_GlossyEnvironment (UNITY_ARGS_TEXCUBE(tex), half4 hdr, Unity_GlossyEnvironmentData glossIn)
{
    half perceptualRoughness = glossIn.roughness /* perceptualRoughness */ ;
    perceptualRoughness = perceptualRoughness*(1.7 - 0.7*perceptualRoughness); 

    half mip = perceptualRoughnessToMipmapLevel(perceptualRoughness);
    half3 R = glossIn.reflUVW;
    half4 rgbm = UNITY_SAMPLE_TEXCUBE_LOD(tex, R, mip);

    return DecodeHDR(rgbm, hdr);
}
複製代碼

若是咱們把光滑度再下降到0.7，反射的人物顏色幾乎已經看不見了，以下圖：

以前寫過一個 屏幕空間反射的材質插件，一樣是0.7的光滑度，經過多條反射射線採樣平均，反射顏色的細節能夠獲得更多保留，以下圖：

不過以上純屬廣告，與本文無關。

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本文的我的主頁連接：baddogzz.github.io/2020/04/22/…。

好了，拜拜！