本文将简要介绍实时渲染领域一些工业界的解决方案，如抗锯齿方面的TAA，DLSS2.0；一些渲染方式（延迟渲染，分块渲染，集群渲染）；LoD（Level of Detail）；全局光照等。

抗锯齿

TAA

TAA（Temporal Anti-Aliasing）的思想启迪了RTRT领域中时间上的降噪方法。产生走样的原因是光栅化过程中每像素采样不足，因此终极解决方案就是使用更多的采样。对于TAA，它会复用上一帧的结果以增加采样数。

如图，假设这是一个静止场景，在TAA前一像素格只有红点，会导致走样。在进行TAA时，它会找到上一帧对应的黄点，黄点又会找到上上一阵的棕点，这样递归找下去后相当于做了两倍的采样。TAA后的结果就不会走样了。

通常找上一帧点的过程是固定的，因为随机找点的效果并不好，例如引入意外的高频信息。如果场景是动态的，可用Motion Vector。如果采样综合后的值超过了0~255，可用clamp()操作限制范围。

DLSS 2.0

对于DLSS 1.0，它会为每个游戏单独训练一个模型，然后对每一帧超采样然后缩小，所有的过程都全靠模型“猜”，结果并不怎么好。

而DLSS 2.0则更多利用时域上的信息进行超采样（TAA思想），然后加持深度学习超采样，获得较好的结果。但DLSS2.0还有一个更大的问题，如果时域上的信息出现失效，就不能用clamp()操作了，因为信息是从低分辨率图片上得到的，还需要考虑从低分辨率拓展到高分辨率的信息是否正确（左图）。因此需要考虑一个更好利用时域信息的方案，这正是深度学习要做的（右图）。

效果很不错：

此外，AMD也有自己的DLSS，即FidelityFX Super Resolution。

渲染方式

延迟渲染

延迟渲染（Deferred Shading），主要目的是节省渲染时间。传统渲染方式中，每个片元都可能要做一次着色（例如从远到近渲染物体），每添加一个光源，就要对所有物体重计算一次光照，很耗时。而延迟渲染则考虑G-Buffer等信息，只渲染可见的片元，以节省渲染时间。

总的来说，延迟渲染就是 进行两次光栅化，它的思路如下：

• 第一次光栅化：不做真正的渲染，只更新G-Buffer（比如深度）；
• 第二次光栅化：根据G-Buffer的信息做渲染，以减少不必要的着色。

由于延迟渲染里用的是G-Buffer的信息，因此很难做抗锯齿，但TAA的出现解决了这一问题。

分块渲染

分块渲染（Tiled Shading），基于延迟渲染，将屏幕空间分成32x32个小块，然后进行分块渲染。由于光源有衰减，可认为它们的覆盖范围是一个球，那么每个块只需考虑覆盖到自己的光源即可，进一步节省渲染时间。

集群渲染

集群渲染（Clustered Shading），在分块渲染的基础上，增加以深度值为基础的划分，即把3D空间进行拆分，更进一步节省渲染时间。

LoD

简介

LoD（Level of Detail）在实时渲染领域很重要，类似Mipmap，总是选择最合适的LoD以节省计算量，这种思路也被称为级联（Cascaded）。

思想比较简单，难点是技术实现。

例子

级联阴影贴图，生成多种分辨率的阴影贴图，并根据摄像头和物体的距离灵活选用。但不同分辨率的阴影贴图有重叠区域，在交界处容易出现突变现象，这时候需要使用插值/混合来平滑过渡。

级联LPV，光传播越远使用越大的格子以减少计算量。

模型的LoD，给物体生成精细度不同的模型，根据摄像机离物体的远近等标准渲染对应精细度的模型。而TAA会解决模型切换时的突变问题。

UE5的Nanite就是一个非常牛的实现。

全局光照

SSR，RTRT等方法均有各自的缺陷，一种比较好的做法是将它们结合起来，例如：先用SSR搞一个粗糙的全局光照成果，然后使用软/硬件的光线追踪进行完善。

软光追

• 为近处的物体准备高分辨率的SDF
• 为整个场景准备较低分辨率的SDF
• 为非常强的方向光/点光源准备RSM
• 也能用光照探针（Probes）存储3D网格中的光照信息，这种方法叫做Dynamic Diffuse GI，即DDGI

硬光追

• 使用简化版模型加快速度
• 结合光照探针，这种方法是RTXGI

UE5的Lumen就是一个非常牛的实现。

未提到的话题…

• 给SDF物体上材质
• 透明材质物体的渲染
• 粒子特效渲染
• 后期处理
• 随机数种子，蓝噪声
• Foveated Rendering，在VR中对眼睛盯着的地方集中算力渲染。
• 基于探针的全局光照
• ReSTIR
• Many-light理论和light cuts
• 参与介质，SSSSS（次表面散射）
• 头发渲染
• …

参考资料

• GAMES202: 高质量实时渲染 (ucsb.edu)