エンジン改造-ライティング解析

UE4.15.1で検証

• G-Bufferについてはコチラを参照
  エンジン改造-Gバッファの拡張

参考 †

• グラフィック プログラミングの概要 - Unreal Engine Documents
  https://docs.unrealengine.com/latest/JPN/Programming/Rendering/Overview/index.html

レンダリングの流れ †

Deferred Shaing †

• 動的影生成
  Main　(ShadowProjectionPixelShader.usf)
• GBufferへの書き込み
  MainPS (PixelShaderOutputCommon.usf)
  　FPixelShaderInOut_MainPS (BasePassPixelShader.usf)
  • Indirect Light、Sky Lightの計算
    GetPrecomputedIndirectLightingAndSkyLight (BasePassPixelShader.usf)
    • Sky Lightの計算
      GetSkyLighting　(BasePassPixelShader.usf)

• Gバッファからシェーディング
  DirectionalPixelMain (DeferredLightPixelShaders.usf)
  • 動的ライトの計算。キャストシャドウもここで合成
    GetDynamicLighting (DeferredLightingCommon.usf)
    • シェーディングの計算
      SurfaceShading (ShadingModels.usf)

Forward Shading †

• シェーディング
  FPixelShaderInOut_MainPS (BasePassPixelShaders.usf)
  • ライトの数だけ回して計算する
    GetForwardDirectLighting (ForwardLightingCommon.usf)
    • GBuffer構造体への書き込みをしてDeferredと同じ処理を回せるようにしている
    • 動的ライトの計算。キャストシャドウもここで合成
      GetDynamicLighting (DeferredLightingCommon.usf)

https://twitter.com/com04/status/877511284354277381

動的影生成 †

メモ †

Shadow変数が影の強さ。0.0 - 影
→FadedShadow変数フェード付き
→OutColor変数に最終出力。
OutColor.r値のみ参照されているっぽい。
MODULATED_SHADOWSがmobile時のみ使える？
Engine\Source\Runtime\Renderer\Private\ShadowRendering.cpp
https://docs.unrealengine.com/latest/JPN/Platforms/Mobile/Lighting/HowTo/ModulatedShadows/index.html

• 描画元
  FDeferredShadingSceneRenderer::RenderLights　(Engine\Source\Runtime\Renderer\Private\LightRendering.cpp)
  　FDeferredShadingSceneRenderer::RenderShadowProjections　(Engine\Source\Runtime\Renderer\Private\ShadowRendering.cpp)
  　　FSceneRenderer::RenderShadowProjections　(Engine\Source\Runtime\Renderer\Private\ShadowRendering.cpp)
• モバイル用
  FMobileSceneRenderer::Render (Engine\Source\Runtime\Renderer\Private\MobileShadingRenderer.cpp)
  　FMobileSceneRenderer::RenderModulatedShadowProjections　(Engine\Source\Runtime\Renderer\Private\ShadowRendering.cpp)
  　　FSceneRenderer::RenderShadowProjections　(Engine\Source\Runtime\Renderer\Private\ShadowRendering.cpp)

Indirect Light、Sky Lightの計算 - GetPrecomputedIndirectLightingAndSkyLight †

• (BasePassPixelShader.usf)
  GBufferのMRT[0]に書き出される

動的ライト、キャストシャドウの計算 - GetDynamicLighting †

• (DeferredLightingCommon.usf)
  記述が無い場合は下記設定でスクリーンショット
• マテリアル
  • BaseColor : 1.0, 1.0, 1.0
  • Metalic : 0.0
  • Roughtness 1.0
  • Specular : 0.5
• ライト
  • ディフューズライト１灯のみ
  • Intencity : 6.0
  • Color : 0.0, 1.0, 0.0

基本パラメーター †

• Default Lit
  
• GBuffer.DiffuseColor
  
• GBuffer.SpecularColor
  
• LightColor
  

ライティングフロー †

SurfaceShading
　↓
LightAccumulator_Add

キャストシャドウ †

SurfaceShadow変数に格納。SurfaceAttenuation変数に受け継がれる。
1.0で影無し。

SurfaceLighting †

float3 SurfaceLighting = SurfaceShading(GBuffer, LobeRoughness, LobeEnergy, L, V, N, Random);

• SurfaceShadingの中身

  - | | | | | | | | | | | | | | | | !

  float3 StandardShading( float3 DiffuseColor, float3 SpecularColor, float3 LobeRoughness, float3 LobeEnergy, float3 L, float3 V, half3 N ) { float3 H = normalize(V + L); float NoL = saturate( dot(N, L) ); float NoV = saturate( abs( dot(N, V) ) + 1e-5 ); float NoH = saturate( dot(N, H) ); float VoH = saturate( dot(V, H) ); // Generalized microfacet specular float D = D_GGX( LobeRoughness[1], NoH ) * LobeEnergy[1]; float Vis = Vis_SmithJointApprox( LobeRoughness[1], NoV, NoL ); float3 F = F_Schlick( SpecularColor, VoH ); float3 Diffuse = Diffuse_Lambert( DiffuseColor ); //float3 Diffuse = Diffuse_Burley( DiffuseColor, LobeRoughness[1], NoV, NoL, VoH ); //float3 Diffuse = Diffuse_OrenNayar( DiffuseColor, LobeRoughness[1], NoV, NoL, VoH ); return Diffuse * LobeEnergy[2] + (D * Vis) * F; }

  1. Diffuse * LobeEnergy[2] = x
     * =
  2. (D * Vis) * F = y
     ( * ) * =
  3. x + y = return
     + =

• Roughness = 0.0の時

1. Diffuse * LobeEnergy[2] = x
   * =
2. (D * Vis) * F = y
   ( * ) * =
3. x + y = return
   + =

• マテリアルのBaseColorを調整してみるとSurface Lightingにスペキュラが入っているのが確認できる
  

ライトカラーとの合成 †

LightAccumulator_Add(LightAccumulator, SurfaceLighting, (1.0/PI), LightColor * (NoL * SurfaceAttenuation), bNeedsSeparateSubsurfaceLightAccumulation);

• (NoL * SurfaceAttenuation) =
  * =
• LightColor * (NoL * SurfaceAttenuation) = x
  * =

• SurfaceLighting * x =
  * =

• Roughness = 0.0の時

1. SurfaceLighting * x =
   * =