KlayGE 4.4中渲染的改进（四）：SSSSS

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本系列的上一篇提到了KlayGE 4.4将会出现的高质量地形渲染。本篇仍讲一个新功能，Screen Space Sub Surface Scattering（SSSSS）和Translucency。这两个效果都是由团队成员石裕隆实现的。

Sub Surface Scattering（SSS）对渲染效果的提升有很明显的左右，尤其是皮肤和植被之类物体。早在GPU Gems 1里就有在texture space作的近似SSS。GPU Gems 3里的方法更是大张旗鼓地用了多次Gaussian来逼近Dipole，在texture space作6次blur后线性叠加，得到非常真实的皮肤效果。但这么做的开销实在太大了。

首先看看直接用Blinn Phong BRDF渲染的结果，皮肤本身看起来很塑料。

SSSSS

到了GPU Pro里，Jorge Jimenez等人提出了SSSSS的方法。在screen space而不是texture space做blur和叠加，以小得多的开销很好地逼近了原有的效果。顾名思义，SSSSS的好处来自于它是screen space的，所以只需要对全屏做一次，不管有多少物体。这一点比texture space的方法就强得多了。所以这个方法迅速被UE3、CE3等主流引擎使用。

在核心思想上，SSSSS的和原先的texture space方法一样，仍是把shading后的结果多次blur并叠加的方式，来得到SSS的效果。不同的是，每一次blur可以乘上一定的权重，累加到目标texture，而不用把多次blur的结果都保存下来，最终才累加。这样时间和空间都省了。GPU Pro里还进一步把6次blur减少到了4次，每次的权重也相应调整。由于第一次blur的kernel小于1个pixel，并且权重为1，所以第一次blur直接变成了一个copy。真正需要做Gaussian blur的只有3次了。累加的权重随着物体的不同有所不同，GPU Pro里列出了皮肤和大理石两种物体的权重取值。另外，由于是screen space，在blur的时候需要根据depth信息忽略一些pixel，否则会全部糊在一起。

最终SSSSS可以整理成一系列post process，并可以用stencil把需要处理的pixel标记出来，以减少浪费。这些都是比较平常的图像操作而已。有个特别之处在于他们的alpha workflow，那里用了两种平常很少用到的alpha blending操作手法。这里详细描述一下。

流程图

这里的流程如图所示。Gaussian blur被分解成x和y两个方向的两次操作。原texture经过x方向的blur后，进入RT2。RT2进一步经过y方向的blur，同时输出到2张texture。第一个就是平常的写入RT1。第二个需要做blending到RTF，而这个blend的系数不是来自于PS输出的alpha，而是RGB三个通道分别指定一个常数。

Independent blending

MRT如果开启了alpha blending，那么默认情况下会让所有的RT都用同样的方式。在DX10+以上的GPU上，支持independent blending，可以给不同的RT不同的alpha blending方式。在这里，RT0是关闭alpha blending的，RT1打开alpha blending，但blend op等其他参数都一样。

Blend factor

最常用的alpha blending是SrcRGB * SrcAlpha + DstRGB * (1 – SrcAlpha)这样的方式。而这里需要的是RGB分别用不同的系数（但全屏都用那组系数），来模拟不同频率的光有不同的穿透力。所以这里SrcBlend需要设置为BLEND_FACTOR，DestBlend设置为INV_BLEND_FACTOR。并且在设置alpha blending状态的时候提供一个float4的factor，分别代表RGBA的系数。

最终我们可以得到一个更有皮肤质感的结果。输入仅仅是shading的结果，以及一个调节皮肤细嫩程度的系数。

Translucency

即便加上了SSSSS，皮肤可以逼真很多。但对于薄的地方，比如耳朵，除了SSS的贡献，还有很大一部分其实来自于光线的透射，也就是translucency的贡献。只有SSSSS也无法表达出耳朵的透光，需要另一个方法来做这件事情。幸运的是，Jorge Jimenez也开发出了这样的方法，并且也可以整理成一个screen space的post process。更有意思的是，translucency的结果只要直接叠加到原先shading上就可以了。可以单独使用，也可以和前面的SSSSS联合使用。

这个screen space translucency的输入是normal、diffuse、shading和shadow map，都是deferred rendering里现成的东西。所以可以很容易集成到现有pipeline。

本篇讲了新的SSS的方法，下一篇是本系列的终结篇，将OpenGL和OpenGLES方面的改进。