Deferred Shading

Deferred Shading

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  Deferred Shading http://ohyecloudy.com http://cafe.naver.com/shader.cafe 2009.03.30
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  Introduction • 보통 사용하는Forward Shading에서는 라이 팅 비용이 비싸다. – 각각의 오브젝트마다 라이팅 – 게임에서 사용하는 라이트 개수가 많아지고 있다. • G-buffer에 라이팅 재료들을 렌더링하고 라 이팅에 오브젝트들 대신 G-buffer를 사용. – 라이팅 비용을 줄인다. – Deferred Shading
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  Three major optionsfor real-time lighting • Forward Rendering – single pass with multiple lights – multiple passes with multiple lights lighting • Deferred Rendering
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  Single-pass, multi-light for eachobject do for each light do framebuffer = light_model(object,light);
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  Frame Buffer
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  문제점 • 화면에 렌더링되지 않을 Geometry도 라 이팅 연산을 한다. • 멀티 라이트일때 관리가 어렵다. – 싱글 셰이더 템플릿을 사용하기 때문에 조합 하는 가지수가 폭발적으로 늘어난다.
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  Multi-pass, multi-light for eachlight do for each object affected by light do framebuffer += light_model(object,light);
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  Previous Frame Buffer Current Frame Buffer
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  문제점 • 화면에 렌더링되지 않을 Geometry도 라 이팅 연산을 한다. • 높은 배치 카운트 – 1/object/light • 각 패스마다 중복된 작업이 많다. – Vertex transform & setup
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  Deferred Shading for eachobject do G-buffer = lighting properties of object; for each light do framebuffer += light_model(G-buffer,light);
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  G-Buffer Previous Current Frame Frame Buffer Buffer
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  특징 • 배치가 갂단해지고관리가 쉽다 • 그림자 테크닉과 통합이 쉽다. • 라이팅이 O(1)에 가능 – 오브젝트 개수에 상관 없다.
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  G-Buffer • Per-pixel lighting에필요한 모든 정보 – Normal – Position – Diffuse / Specular Albedo, other attributes
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  Normal
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  Depth
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  Diffuse
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  Specular factor
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  Computing Lighting For eachlight: diffuse += diffuse(G-buff.N, L)) specular += G-buff.spec * specular(G-buff.N, G-buff.P, L)
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  Diffuse Lighting
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  Specular reflection
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  Deferred Composition framebuffer = diffuse * G-buff.diffuse + specular
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  Shader code • WritingG-buffer • Lighting
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  Writing G-buffer PS_MRT_OUTPUT SimplePS(VS_OUTPUT0In) { PS_MRT_OUTPUT Out; half4 diffuseTex = tex2D( DiffuseMapSampler, In.TexCoord0); half3 normalTex = tex2D( NormalMapSampler, In.TexCoord1); diffuseTex.xyz = diffuseTex.w; //put normal into view space float3x3 TangentToView; TangentToView[0] = In.TangentToView0; TangentToView[1] = In.TangentToView1; TangentToView[2] = In.TangentToView2; half3 normal = normalize(mul(normalTex, TangentToView)); //pack normal = normal * 0.5f + 0.5f; Out.Color0 = float4(diffuseTex.xyz, NotShadowed); Out.Color1 = float4(normal, 0.0); Out.Color2 = float4(In.Position2.z / In.Position2.w, 0.0f, 0.0f, 0.0f); return Out; }
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  Per-Pixel Lighting float4 DirLightingPS(VS_OUTPUT1In) : COLOR { half4 diffuseTex = tex2D(MRT0Sampler, In.TexCoord); half4 normalTex = tex2D(MRT1Sampler, In.TexCoord); half z = tex2D(MRT2Sampler, In.TexCoord); //reconstruct original view-space position float x = In.Position2.x; float y = In.Position2.y; float4 position = mul(float4(x, y, z, 1.0), InvProj); position.xyz = position.xyz / position.www; position.w = 1.0f; //compute position in light space … //diffuse lighting finalLighting = shadow * diffuse + Ambient + emissive; return float4(finalLighting, 1.0f); }
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  극복해야 할 사항 •Transparency – alpha blending – G-buffer는 하나의 픽셀만 저장하기 때문에 Forward Rendering처럼 갂단하지 않다. • Anti-Aliasing – Forward Rendering처럼 frame buffer에 직접 렌더링할때 자동으로 받는 하드웨어 anti- aliasing이 불가능
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  결론 • O(1)에 Lighting을할 수 있다. – 오브젝트 개수에 상관없이 상수 시갂에 라이 팅이 가능하다. • 사용하는 렌더 타겟의 개수가 늘어나는게 부담. • Transparency, AA 등 극복해야 하는 문제 점들이 존재.
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  참고 • Deferred Shading– NVIDIA • Deferred Rendering in Leadwerks Engine • HDR Deferred Shading – NVIDIA SDK