用反射探头实现镜面反射
之前看到过一个日本人写的文章，关于如何使用Unity的反射探头来实现地板的镜面反射效果。
文章地址：http://nn-hokuson.hatenablog.com/entry/2016/10/17/202135。
核心代码很短，主要是根据下图所示实时更新反射探头的位置：
image
先贴一下位置计算的代码：
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;
public class ProbeReflection : MonoBehaviour
{
public GameObject reflectionPlane;
private ReflectionProbe probe;
void Start()
{
this.probe = GetComponent<ReflectionProbe>();
}
void Update()
{
if(reflectionPlane == null)
{
return;
}
Camera camera = Camera.main;
if(camera == null)
{
return;
}
float probeY = reflectionPlane.transform.position.y - camera.transform.position.y;
this.probe.transform.position = new Vector3(
camera.transform.position.x,
reflectionPlane.transform.position.y + probeY,
camera.transform.position.z
);
}
}
这里反射探头设置成实时(Realtime)，Cubemap分辨率设置为2048：
image
再把地板的金属度和光滑度都调到1，效果还是很好的，如下图：
image
性能问题
上图的镜面反射效果很好，不过需要关注一下性能问题。
这里做一个测试，还是刚才那个场景，把反射探头的 Time Slicing 设置为 No time slicing，即每帧完整的绘制一次环境，我们对比一下drawcall：
image
可以看到，如此一个简单场景，打开探头实时渲染后，drawcall从125翻到了540。
Unity的官方文档对此有如下说明：
Each of the six cubemap faces must be rendered separately using a “camera
” at the probe’s origin.
The probes will need to be rendered a separate time for each reflection bounce level (see documentation on Advanced Reflection Probes for further details).
The various mipmap levels of the cubemap must undergo a blurring process to allow for glossy reflections.
首先，环境会被渲染至cubemap，而cubemap的6个面都需要各自渲染，如下图：
image
其次，反射探头的环境绘制还会考虑到反弹，反弹的次数由Lighting面板全局控制，如下图：
image
最后，为了正确的计算间接高光，生成各级mipmap的时候还有一个blur操作。
性能优化
对于实时反射探头的性能优化，Unity官方列了如下几点：
-
降低cubemap的分辨率。
-
利用Cull Mask只渲染对环境影响较大的部分，比如天空盒。
-
限制绘制环境的频率，避免每帧绘制。
-
分帧完成环境绘制。
这里的优化方案属于常规方式。
双抛物面映射
此外，如果要求不是那么高，我们也不一定需要cubemap。
前项目在做环境的实时绘制时，用了另外一个方式：双抛物面映射。
关于双抛物面映射，知乎有一篇推导写得很好：详解双抛物面环境映射。
利用双抛物面映射，我们可以把cubemap的6次场景绘制降低为下图的2次：
image
截图源自 Dual Paraboloid Environment Mapping
Whitepaper。
另外，前项目只生成mipmap，并不做blur操作，代码细节留到下篇再写。
关于粗糙度
之前为了测试镜面反射，我把金属度和光滑度都设置成了1。
现在给地板一点粗糙度，这里我把光滑度降低为0.8，效果如下：
image
反射变得模糊了。
Unity会根据粗糙度来计算mipmap level，粗糙度越高mipmap level就越高，反射也就越模糊，代码如下：
#ifndef UNITY_SPECCUBE_LOD_STEPS
#define UNITY_SPECCUBE_LOD_STEPS (6)
#endif
half perceptualRoughnessToMipmapLevel(half perceptualRoughness)
{
return perceptualRoughness * UNITY_SPECCUBE_LOD_STEPS;
}
half3 Unity_GlossyEnvironment (UNITY_ARGS_TEXCUBE(tex), half4 hdr, Unity_GlossyEnvironmentData glossIn)
{
half perceptualRoughness = glossIn.roughness /* perceptualRoughness */ ;
perceptualRoughness = perceptualRoughness*(1.7 - 0.7*perceptualRoughness);
half mip = perceptualRoughnessToMipmapLevel(perceptualRoughness);
half3 R = glossIn.reflUVW;
half4 rgbm = UNITY_SAMPLE_TEXCUBE_LOD(tex, R, mip);
return DecodeHDR(rgbm, hdr);
}
如果我们把光滑度再降低到0.7，反射的人物颜色几乎已经看不见了，如下图：
image
之前写过一个 屏幕空间反射的材质插件，同样是0.7的光滑度，通过多条反射射线采样平均，反射颜色的细节可以得到更多保留，如下图：
image
不过以上纯属广告，与本文无关。
个人主页
本文的个人主页链接：https://baddogzz.github.io/2020/04/22/Probe-Reflection/。
好了，拜拜！
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