常见反射方案总结

a). SSR

优点： 实现简单，效果较好；

缺点：

1. 只能反射屏幕内的物体（屏幕空间算法的通病）；
   • 解决方式：SSR作为主方案，Reflection Probe作为备选项，在SSR失效的地方（如屏幕边缘）对两者做平滑过渡；
2. 需要Ray Marching、频繁读取纹理，可能造成IO瓶颈；
3. 被反射物只有漫反射的时候才是完全物理正确的；
4. Ray Marching次数限制，容易出现物体断裂；
   • 解决方法： 一般会引入Thickness来防止物体出现断裂，即ray marching的点除了深度需要大于深度图的深度值，还需要步进的步数小于Thickness；

优化：

1. Hierarchical Z；
   • Mip生成高效算法可参考AMD 的 Single Pass Downsampler、Unity中贴图Mip生成（Unity参考的是Nv的DirectX-Graphics-Samples/MiniEngine/Core/Shaders/GenerateMipsCS.hlsli at master · microsoft/DirectX-Graphics-Samples (github.com)）。
2. Dither；
3. 下采样；

b). Stochastic SSR

针对情况： Gloosy物体（对于普通SSR来说，只可通过roughness对反射图进行blur）

整体思路为

1. 将屏幕划分为Tile，进行一次低分辨率的光线步进，评估Tile的重要性，需要多少射线

2. 根据材质粗糙度判断使用何种的RayMarching

3. • 昂贵的射线（用于smooth表面）：借助Hi-Z的精确tracing，能得到准确的命中点
4. • 便宜的射线（用于粗糙表面）：简单的线性步进，反正之后会粗滤波

5. 使用重要性采样求RayMarching结果

6. 时域空域光线复用（本质是计算 brdf/p(x) 的加权和），进行插值滤波

Tile评估

1. 将屏幕划分为多个Tile，对于每一个Tile以1/8分辨率发射射线

2. 判断射线（的反射光线）是否击中

3. 1. 若所有光线都没命中，则跳过这个Tile的步进
   2. 根据命中的比例和命中信息的差异，判断这个Tile中的像素需要多少个光线
   3. 根据着色点的粗糙度，决定使用何种RayMarching

c). 平面反射

缺点： 可能增加一倍的Draw Call；

优化手段：

1. 剔除影响不明显的小物件；
2. 如反射物为镜子之类的，可以结合Portal或者手动计算去剔除镜子外的物件；

d). IBL+Relection Probe

略过

e). Pixel Projected Reflection(PPR、SSPR)

PPR 将整个图像，按照平面的位置进行翻转，在屏幕中进行投影，即可直接得到反射的位置，写入数据并得到一张反射的贴图。

因为场景中的像素，并不能完全保证覆盖整个反射平面，因此往往会产生一些缝隙。UE4中采用一种简单的修复缝隙的方式，是在写入偏移时，将目标像素周围2x2像素直接全部写入偏移值。

1. 根据深度图，还原场景深度，算出对应点世界坐标，将其投影到平面上，然后将其在屏幕中的偏移量，将偏移量进行编码，写入到 Intermediate Buffer当中；
2. 从Intermediate Buffer中还原出屏幕空间的偏移，采样屏幕中相应坐标的像素点，将结果写入到反射图中；
3. 使用反射图，绘制出反射面的效果。

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【参考资料】

游戏中的全局光照(五) Reflection Probe、SSR和PPR - 张亚坤的文章 - 知乎

Unity StochasticSSR-01 - CGBull的文章 - 知乎

Stochastic Screen Space Reflections论文阅读 - Reuben的文章 - 知乎