Screen-Space Reflections: Was die Kamera-Buffer nicht zeigen können

Die sichtbare Szenendarstellung nachverfolgen

Screen-Space Reflections (SSR) schätzen die reflektierte Beleuchtung anhand von Buffern, die für die Kamera sichtbar sind. Ein Strahl, der an einer sichtbaren Oberfläche beginnt, folgt der Reflexionsrichtung, wird ins Bild projiziert und gegen die gespeicherte Tiefe getestet. Ein erfolgreicher Schnittpunkt liefert einen Farbwert. McGuire und Mara beschreiben eine effiziente Traversierung dieser Darstellung, einschliesslich perspektivisch korrekter Abtastung und endlicher Tiefendicke. [1]

Entscheidend ist die Darstellung selbst: Gewöhnliche Farb- und Tiefen-Buffer beschreiben nur die für die Kamera sichtbare Oberflächenschicht, nicht jede Oberfläche, die eine Reflexion benötigen könnte.

Fehlende Information von verfehlten Schnittpunkten unterscheiden

Ein Schild ausserhalb des Bildes, ein Objekt hinter Vordergrundgeometrie oder die abgewandte Rückseite einer Oberfläche können in diesen Buffern fehlen. Mehr Strahlschritte können fehlende Geometrie nicht rekonstruieren. Selbst ein vorhandener Farbwert wurde für die Blickrichtung der Kamera schattiert, was von der Reflexionsrichtung abweichen kann.

Vorzusehen sind ein Fallback und eine explizite Konfidenzregel. Environment Maps oder Probes können fehlgeschlagene Traces auffüllen; auch die Implementierung von AMD nutzt oberhalb eines Rauheitsschwellwerts einen Environment-Fallback. [2] Der Fallback braucht dabei eine eigene, akzeptable Platzierung und einen angemessenen Inhalt.

Durchgerechnetes Beispiel: Strahlen zählen, bevor Einsparungen behauptet werden

Angenommen, ein veranschaulichender Durchgang in voller Auflösung startet einen Strahl pro Pixel, also bei 1920 * 1080 = 2073600 Pixeln. Werden beide Dimensionen halbiert, ergeben sich 960 * 540 = 518400 Strahlen, ein Viertel der ursprünglichen Anzahl.

Bei bewusst vereinfachten höchstens 32 Tiefenzugriffen pro Strahl hat dieser Durchgang mit niedrigerer Auflösung eine Obergrenze von 16588800 Zugriffen bei der Traversierung. Nicht enthalten sind der Aufbau der Tiefenhierarchie, die Klassifizierung, Farbzugriffe, Denoising und Upsampling. Vorzeitige Abbrüche verringern die tatsächliche Traversierung; adaptive Abtastung verändert die Anzahl. Die Rechnung ist eine Obergrenze für die Planung, keine Vorhersage der GPU-Zeit. Dünne reflektierte Details können bei reduzierter Auflösung verschwinden.

Einen diagnostischen Kamerapfad aufbauen

Ein helles Schild über einem spiegelnden Boden platzieren. Ansichten aufzeichnen, in denen das Schild im Bild ist, das Bild verlässt und hinter einem anderen Objekt verdeckt wird. Vor der Prüfung des finalen Composites die rohen Schnittpunkte, die Gültigkeit bzw. Konfidenz und den Fallback getrennt darstellen.

Tiefenrekonstruktion und Normalenausrichtung überprüfen. Die Dicke sowohl an dünnen Objekten als auch an grossen Tiefensprüngen abstimmen: Eine zu hohe Toleranz akzeptiert falsche Treffer, eine zu niedrige hinterlässt Löcher. AMD stellt diese Parameter zusammen mit Traversierungslimits und einer Visualisierung der Rohergebnisse bereit. [3] Denselben Pfad einmal mit deaktivierter und einmal mit aktivierter temporaler Filterung vergleichen, um Fehler zu lokalisieren, die durch die Wiederverwendung der History entstehen.

Qualität dort einsetzen, wo Information vorhanden ist

Tracing, Rekonstruktion und Compositing getrennt profilieren. Mehr Schritte können echte Schnittpunkte verbessern, während rauheitsabhängige Abtastung und niedrigere Auflösung Detail gegen geringere Kosten tauschen. Temporale Akkumulation verringert das Rauschen, kann aber Schlieren hinterlassen. Unzuverlässige Ergebnisse sind zu einem geeigneten Fallback hin zu überblenden; wenn verlässliche Reflexionen ausserhalb des Bildes nötig sind, ist eine andere Szenendarstellung zu verwenden.

Quellen

• [1] Efficient GPU Screen-Space Ray Tracing — Morgan McGuire und Michael Mara, Journal of Computer Graphics Techniques.
• [2] FidelityFX Stochastic Screen-Space Reflections: technique — AMD GPUOpen, FidelityFX-Dokumentation.
• [3] FidelityFX Stochastic Screen-Space Reflections: sample controls — AMD GPUOpen, ursprüngliches FidelityFX-Sample.