简介

实时渲染中重要的一环是计算间接光照，间接光照有多种实现方式，屏幕空间反射是其中的一种，我将尝试实现屏幕空间反射，把它加进我的渲染器中。

屏幕空间反射（Screen Space Reflections，简称SSR）是一种用于实时图形渲染的技术，主要用于模拟镜面反射的效果。它基于屏幕空间的图像数据，通过在像素级别计算来模拟反射效果，通常用于视频游戏和计算机图形中。
SSR 的基本原理是在屏幕空间内，对每个像素的位置进行采样，然后检查这个位置是否能看到具有反射性质的表面（如水面、镜面等），如果可以，就计算出对应的反射位置，然后将其反映在最终的渲染结果中。
尽管如此，SSR 仍然是一种广泛应用于实时图形渲染中的技术，它能够有效地增强图像的真实感和视觉质量，特别是在模拟涉及到反射的场景时。
--ChatGPT

原理

原理就是在视口空间中做简单的raymarch。
对于屏幕上任意一点\( p \):

1.根据摄像机方向\( L \)与当前点\( p \)的法向\( N \)，计算反射方向 \( RDir = reflect(L,N) \)
2.从p点出发，沿着反射的方向进行光线步进：\( rayPos = p + step * RDir \),其中step为步进的长度
3.对于每次步进，比较\( rayPos \)和\( rayPos.xy \)对应屏幕空间的\( z \)值。
->如果相差小于一个阈值 \( eps \) 则发生相交，取该点的颜色为\( p \)点的反射值；
-> 否则回到第2步循环。

原理十分简单，直接出的效果也不太理想，需要根据光线步进的距离、采样点的粗糙度等因素进行衰减；同时由于是步进迭代的算法，时间开销十分大，需要考虑加速步进，如二分搜索、Hi-Z等优化方法。

实现

1.一开始实现的最原始的SSR效果如下图。步长为0.2。

2.可以考虑调整步长,将步长调整为0.02时效果如下图，效果好一些，但是性能开销很大

3.添加根据步进距离衰减，效果可以更好一些，如下图，我使用的衰减公式为 \( weight = e^{-distance * attenuation } \)，其中\( distance \)为光线步进的长度，\( attenuation \)为衰减系数。

4.尝试使用二分搜索寻找相交点，但是效果好像不明显
5.尝试根据金属度和粗糙度确定衰减，直接按照系数 \( metal * rough \)再进行一次衰减，这里换了一个场景，地面是非金属，粗糙度0.5，模型大部分是金属，从图中可以看到一定的色染效果。

参考