延迟渲染

前向渲染

在VS中对每个物体的顶点做一系列的变换（主要是将顶点位置和法线变换到裁剪空间），然后在FS中对每个像素进行光照计算。由于每个物体上的每个像素只会调用一次FS，因此对于每个FS要传入所有的光源数据并计算每个光源的效果。

弊端：

（1）当一个场景非常复杂会有大量的物体以及复杂的深度，每个像素可能被多个物体重叠覆盖，这样会有大量的无效的GPU迭代计算。例如，如果某个像素深度复杂度为4，那么就会有3个像素计算是无效的，因为最后只有最顶部的像素会显示。

（2）在多光源情景下，例如大量点光源，光源很小照亮的区域也很小，只会照亮场景中的部分物体，但是FS还是会计算每个光源对每个像素的光照影响，即使光源离该像素很远。

延迟渲染

​ 主要是解决大量光照渲染的方案，延迟渲染的实质是先不要迭代三角形做光照计算，而是先找出来能看到的所有像素，再去迭代光照。直接迭代三角形的话，由于大量三角形是看不到的，无疑是极大的浪费。

（1）第一个阶段几何pass：正常执行VS但并不是将处理后的属性变量数据继续传递给FS进行光照计算，而是将结果保存到G buffer中。G buffer是一组按照设计格式存储的一组2D贴图，保存着顶点每个属性的数据。将数据分离并一次性写入到不同的贴图中，保存这些贴图的地方是借助于OpenGL的MRT特性支持。由于是在FS中写入属性值进行片段计算，因此G buffer中最终的值是光栅化器对顶点属性执行插值的结果。由于进行了深度测试，因此当几何pass阶段完成时，G缓冲区中的贴图最终保存的将是离相机最近的像素的插值属性值，留在G buffer中的像素都是之后必须要进行光照计算的。

（2）第二个阶段Lighting Pass：会依次遍历G buffer中的每个像素，从不同的贴图中读取每个像素对应的属性值然后进行光照计算。由于在创建G buffer的时候，经过深度测试除了离相机最近的像素其他的全部被抛弃了，所以现在每个像素对应只会进行一次光照计算。

在延迟渲染中对于点光源可以计算围绕光源的球体的尺寸（对于spot light聚光灯光源我们则计算光锥体的尺寸）。那个球体表示的是点光源影响的区域，而在球体之外的则会忽视这个光源的影响不进行该光源的光照计算。可以使用一个有少量多边形的粗糙的球体模型，并以光源为中心来进行渲染。VS阶段只需要将position数据变换到裁剪空间而不用干别的。FS阶段只在受光源影响的的相关像素上执行并进行光照计算。

几何pass

填充G buffer

​ 初始化G缓冲区。首先为顶点属性（位置和法线）和深度缓冲区创建FBO和纹理。然后在执行以下操作的循环中创建纹理的存储区域（不进行初始化），将纹理附加到FBO作为目标。为了进行MRT需要启用对所有两种纹理的写入。通过向glDrawBuffers（）函数提供一个附件位置数组来实现这一点。位置纹理写入GL_COLOR_ATTACHMENT0；法线纹理写入GL_COLOR_ATTACHMENT1。（下面只展示了纹理附件的定义过程）

void Init()
{
	glGenTextures(2, textures);
	for (unsigned int i = 0; i < 2; i++) {
		glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, textures[i]);
		glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGB32F, 1024, 1024, 0, GL_RGB, GL_FLOAT, NULL);
		glFramebufferTexture2D(GL_FRAMEBUFFER, GL_COLOR_ATTACHMENT0 + i, GL_TEXTURE_2D, textures[i], 0);
	}
	GLenum DrawBuffers[] = { GL_COLOR_ATTACHMENT0, GL_COLOR_ATTACHMENT1};
	glDrawBuffers(2, DrawBuffers);
}

绘制物体

绘制完成时，G buffer区将包含最近像素的属性。使用函数glDepthMask（）允许写入深度缓冲区，几何 pass需要深度缓冲区，以便用最接近的像素填充G buffer，而光照pass没有可以写入深度缓冲区的。深度测试限制在几何pass上，在没有竞争的情况下，在光 pass上做深度测试毫无意义。禁用混合，在几何过程中，这是无关紧要的。

glBindFramebuffer(GL_DRAW_FRAMEBUFFER, fbo);
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
glDepthMask(GL_TRUE);
glEnable(GL_DEPTH_TEST);
glDisable(GL_BLEND);
/*绘制物体*/
glDepthMask(GL_FALSE);
glDisable(GL_DEPTH_TEST);//这两行顺序不能反
glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, 0);

VS

简单地执行通常的转换并将需要的结果传递给FS

#version 330
layout (location = 0) in vec3 Position;
layout (location = 1) in vec3 Normal;
uniform mat4 gWVP;uniform mat4 gWorld;
out vec3 Normal0;out vec3 WorldPos0;
void main()
{
    gl_Position = gWVP * vec4(Position, 1.0);
    Normal0 = (gWorld * vec4(Normal, 0.0)).xyz;
    WorldPos0 = (gWorld * vec4(Position, 1.0)).xyz;
}

FS

负责进行MRT，它不输出单个向量，而是输出多个向量。这些向量中的每一个都指向数组中先前由glDrawBuffers（）设置的相应索引。因此，在每次FS调用中，都会写入G缓冲区的两个纹理。location = 0的WorldPosOut写入GL_COLOR_ATTACHMENT0；location = 1的NormalOut写入GL_COLOR_ATTACHMENT1。

#version 330
in vec3 Normal0;
in vec3 WorldPos0;
layout (location = 0) out vec3 WorldPosOut;
layout (location = 1) out vec3 NormalOut;
void main()
{
    WorldPosOut = WorldPos0;
    NormalOut = normalize(Normal0);
}

光照pass

基本设置

此处有点光源和平行光两种光源，混合这两种光源类型，因为每个光源都由自己的draw调用处理。在正向渲染中，我们积累了FS中所有光源的结果，但现在每个FS调用只处理一个光源。在我们的例子中，我们将混合方程设置为GL_FUNC_ADD。这意味着GPU只需添加源和目标。因为我们想要真正的加法，所以将源和目标的混合函数设置为gluOne。结果是：1src+1dst。哦，我们需要在做这件事之前启用混合。。。在处理好混合后，我们将G缓冲区设置为读取

glEnable(GL_BLEND);
glBlendEquation(GL_FUNC_ADD);
glBlendFunc(GL_ONE, GL_ONE);
glBindFramebuffer(GL_READ_FRAMEBUFFER, fbo);
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

点光源

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