辐射度法线贴图和延期着色能不能同时使用

 valve的hl2在它的source引擎中开发出了rediosity normal mapping技术，可以认为是hl1的rediosity lightmap的升级版本，提供了现代的用于低成本表现细节的normal mapping的融合。同时著名的引擎开发商epic在它的unreal3中开发和使用了Deferred shading（延期着色）技术，那么作为现代引擎技术的引领人，这两种用于技术能够同时使用吗，我们在设计引擎时，能够同时无缝集成两种光照技术吗。笔者将对两者技术的原理展开介绍，介绍其集成的能否性。

        lightmap从根本上来说是一种贴图技术，它完全可以利用gpu的纹理化固定管线实现，利用多纹理化的技术，把光照贴图纹理和物体的颜色纹理相乘实现，实际上在通用的固定流水线中视关闭了光照的顶点处理过程，也没有使用像素光照。从根本上来说，在gpu的流水线中，lightmap没有进行光照和任何的图像处理，他的光照运算是通过预计算在流水线之外的cpu过程中处理的，因此可以理解成它是一种提前着色的技术，这种提前而且是在应用程序初始化时，全局计算一次，它是cpu密集的算法，通过迭代使用辐射度算法，从而使用了全局光照模型，高真实模拟自然光照效果，它是一种静态光照技术。由于走的固定管线没有改变，因此半透明效果可以正常使用。这是hl1的技术，在source引擎中，后来引入了normal mapping的集成，实际上normal mapping是一种逐像素着色技术，最先应用于phong动态光照模型中，source引擎把这一本来在动态光照中计算的normal map同样提前到lightmap的计算中，同样也就融合了normal map表现凸凹细节的优点，同时走的还是不变的流水线，因此可以正确使用alpha半透明，但是同样是静态的光照效果。

普通的radiosity lightmap：

带normal map 的rediosity最终效果图：

         epic的unreal3的Deferred shading，顾名思义，延期着色，和我们理解的lightmap的提前着色相比，相对于标准的固定流水线的顶点着色或者是可编程流水线中的phong着色，他们两个一个前一个后，都走了两个极端。更重要的区别在于延期着色是一种动态光照技术，是gpu密集的光照技术，这种动态性，也就是在每一帧都计算光照，也就决定了它使用的是局部的光照模型，这种算法的设计的初衷是为了提高phong模型逐像素动态光照技术的效率，延期着色把光照技术延期到最后的图像的处理的过程，从而解决了通用的像素着色器中计算多余的像素（这些像素可能不能通过若干的流水线测试）的光照情况。这种图像的处理的办法，由于设计的本性决定计算光照时，始终只计算最靠近屏幕的像素的光强值，那些本来在被某个像素遮住的像素，如果不透明时，倒是正常，因为他本来对最终像素颜色没有贡献，但是如果是半透明时，这个被遮住的像素，按照固定流水线，本也应该计算光强的，但是由于少了normal map的法线值，从而不能计算光强，使得对最终像素有一定贡献值的半透明的像素无法正确计算光照，从而不能实现真实的alpha半透明。总之一句话，延期着色不支持alpha半透明。

        可以看出延期着色是一种局部光照，每个光源都有自己的衰减半径，由于接受到光照的像素，并不会向外辐射能量，因此在衰减半径之外的像素表现很暗，这和source的辐射度表现完全不一样。

 

        总结：

        可以看出，radiosity normal mapping 和 Deferred shading虽然一个提前着色，一个延迟，但是其设计的目的不一样，辐射度算法设计的目的是为了高真实的模拟现实光照，延期着色目的是大幅度提高局部光照的效率。同时基于lightmap的辐射度的算法是静态的光照技术，而延期着色是动态的光照技术。由于场景的光照效果，只需要一次光照，这也决定了我们只能使用其中的一种光照方案。其实两者应该从效率来说都是较高的，辐射度是预计算，因此实时的时候不会重新计算。而延期着色，减少了无关的光照计算。不过一个是静态，一个是动态，一个是全局，一个是局部，这个也就是你选择方案的考虑的事情了。