能解要让渲染的画面看起来更真实，那必然不能缺少 全局光照（Global Illumination，GI），它虽然复杂，但也很重要。

在实时渲染中，人们要求得到 弹射一次后的间接光 的快速简单的算法。

本文将简要介绍一下图像空间的实时全局光照方法：Reflective Shadow Maps（RSM）。

全局光照问题

要想解决全局光照问题，除了要解渲染方程外，还要弄明白 如何得到在某着色点的间接光/次级光源的着色结果 。这个问题可分为两个子问题：

1. 哪些表面会被直接光照射到（求次级光源位置/分布）？
2. 怎么求这些次级光源对该着色点的着色结果的贡献？

图像空间算法

在生成直接光照效果时，算法会从光源视角生成的深度图。如果全局光照算法在生成间接光照效果时，除了用到从相机视角得到的信息之外，也用到了深度图信息，但是没有用到从其它视角得到的场景三维信息，即该算法只用到了图像空间（image space）的信息，则这该算法属于图像空间算法。

RSM

RSM（reflective shadow maps）是一种基于阴影图（shadow map）的实时全局光照算法。从光源视角生成的阴影图保存了被直接照亮的景物信息，而这些被直接照亮的景物会反射光线，间接地照亮场景。

思路

求次级光源分布

可以使用SM，通过SM可以得出哪里被直接光照亮了，每个纹素都对应一小块次级光源。确认次级光源后，还要确认它打到着色点的入射方向，这是不好确定的，因此RSM做了如下假设：

• 所有反射物的材质均是diffuse的，这样就不必在乎入射方向了。

求所有次级光源对着色点的贡献

先回顾一下辐射度量学：

• Intensity：一个单位立体角上对应的能量，即光源发光强度。
• Irradiance：一个单位面积下对应的能量，即着色点接收到光源的贡献。
• Radiance：一个单位立体角和一个单位面积下对应的能量，即光线传播时的能量。

先考虑一小块次级光源如何照亮着色点，最后的结果就是把这些贡献加起来（求积分）。为了简便计算，将对立体角的积分(dw)转换为对次级光源区域的积分(dA)：

然后就能解渲染方程了：

• 之前假设反射物是diffuse的，那么它的BRDF项和就是一个常数，Li项可这样求：

• 对于可见性V项，由于不好计算，干脆就不计算了。

优化

减少计算量

在RSM中，不是所有次级光源都对着色点有贡献，我们可以通过如下方面加速次级光源贡献的计算：

• 可见性：计算困难，直接选择不算，误差在容忍范围内。
• 方向上：有些次级光源照不亮着色点。例如上图中，x是着色点，次级光源x2反射不到x上，因此这类次级光源的计算也要忽略。
• 距离上：由于光线衰减问题，较远的次级光源无法照亮着色点，这类次级光源也要忽略。

提高计算速度

RSM为了加速着色点和次级光源间距离的比较，将着色点p和所有次级光源都投影在SM中，然后计算并比较两点间的距离，如果符合要求，就认为该次级光源对着色点p有贡献。

如果直接在SM上逐纹素遍历，效率肯定不高，可以用PCSS的思想，对SM进行块状带权采样。

存储要用的量

可以将计算时要用到的量存储在纹理贴图中：

应用

经常用于游戏中的手电筒中，它计算量小，效果真实。

优缺点

优点：容易实现，是类似于ShadowMapping算法的流程。

缺点：

• ShadowMapping算法的缺点（性能取决于直接光源的数量）；
• 不计算次级光源的可见性（不完全真实）；
• 做了许多假设（次级光源材质均为diffuse，次级光源和着色点距离在SM上算等）
• 采样效率和算法性能的取舍。

参考资料

• GAMES202: 高质量实时渲染 (ucsb.edu)
• 《GAMES202：高质量实时渲染》3 实时全局光照：RSM、LPV、VXGI、SSAO、SSDO、SSR - 知乎 (zhihu.com)