Integrator

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记录一下渲染子进程中的截帧工具的使用，记录原因是，一开始并不顺利。目标程序是一个launcher进程，然后需要截帧的是子进程，渲染时OpenGL的，话说几个月前，通过RenderDoc的Capture Child Processes配置是成功截取过的，但是这次失效了，连同Nsight Graphics也遇到了问题。经过一些摸索，最终在两个工具中都能顺利截帧，在此记录一下。

RenderDoc

RenderDoc设置Capture Child Processes，但是启动子进程一直失败，先是尝试使用File>Attach to runing Instance未奏效，然后尝试进程注入。

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不太会画各种流程图，但是有时候又不得不画一个糙图交差。之前倒是用过puml，但是想用一个又简单又能立即显示的工具，简单找了一下文本生成流程图的做法，第一种markdown中写mermaid最为简单直观；第二种\(\LaTeX\)的TikZ，很重型了，但是排版起来会很好看。

Mermaid

Mermaid 是一个用纯文本生成图表的 JavaScript 库。通过mermaid语法描述图的结构和关系，它就能自动渲染成流程图、时序图、甘特图等可视化图表，不需要手动拖拽画图。

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GLSL-PathTracer

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float scale = tan(camera.fov * 0.5);
d.y *= resolution.y / resolution.x * scale;
d.x *= scale;
vec3 rayDir = normalize(d.x * camera.right + d.y * camera.up + camera.forward);

vec3 focalPoint = camera.focalDist * rayDir;
float cam_r1 = rand() * TWO_PI;
float cam_r2 = rand() * camera.aperture;
vec3 randomAperturePos = (cos(cam_r1) * camera.right + sin(cam_r1) * camera.up) * sqrt(cam_r2);
vec3 finalRayDir = normalize(focalPoint - randomAperturePos);

Ray ray = Ray(camera.position + randomAperturePos, finalRayDir);

刚开始看这段代码的时候，没有想清楚代码里预设的内容，也即成像平面的距离是1；这里面注意两个地方，成像平面（的距离，z方向的位移）上的点来确定光线的方向，以及对焦距离确定对焦点。

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  • 方法
    • A reflective shadow map is an extension to a standard shadow map, where every pixel is considered as an indirect light source.
    • 一次bounce间接光照的粗糙近似
  • survey
    • soft shadow方法
      • RSM都可以结合
    • Instant Radiosity
      • pass太多
    • ray tracing
      • 难做到高分辨率的交互/实时
  • 算法
    • 公式
    • reflective shadow map，from light view
      • depth
      • world-space position
      • normal
      • reflected flux
    • 光照计算
      • 采样shading位置周围的rsm像素，作为间接光照光源
      • screen space interpolation
        • 先渲染低分辨率的间接光照，然后在渲染完整分辨率的间接光照，如果着色点周围的低分辨率位置可用（世界坐标足够近），就使用低分辨率结果插值得到，否则，就通过完整的采样计算
  • 局限
    • 只考虑diffuse
    • 不考虑间接光照光源的遮挡关系
    • 着色点只考虑距离范围内的像素影响
  • 细节
    • 次级光源的可视性，是通过发现和光线方向的cos判断的()，也就是文章里的their normal points away from x

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问题

Mesh类，包含vao/vbo/ibo这些OpenGL资源，包含了析构函数，在释放资源时候通过glDeleteBuffers 和 glDeleteVertexArrays销毁了这些资源。Mesh通过std::vector管理，添加Mesh使用了push_back或emplace_back，会导致不同的Mesh持有的vao/vbo/ibo一样。 几个问题：

  • 析构后，vao/vbo/ibo应该设置成一个无效值
  • std::vector没有分配足够内存，插入元素后，可能导致空间的重新分配，旧元素的拷贝或移动到新位置，旧元素内存析构掉。
  • 一个OpenGL资源申请、释放、在申请，可能是同一个id
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在 StartupModule() 中添加调用栈输出的方法 方法 1：使用 FPlatformStackWalk::StackWalkAndDump 

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#include "HAL/PlatformStackWalk.h"  // 需要添加这个头文件

void FGPULightmassModule::StartupModule()
{
    UE_LOG(LogGPULightmass, Log, TEXT("GPULightmass module is loaded"));
    
    // 输出调用栈
    ANSICHAR StackTrace[65536] = {0};
    constexpr int32 NumStackFramesToIgnore = 1;  // 忽略当前函数本身
    FPlatformStackWalk::StackWalkAndDump(StackTrace, UE_ARRAY_COUNT(StackTrace), NumStackFramesToIgnore, nullptr);
    
    // 将 ANSI 字符串转换为 FString 并输出
    FString StackTraceString = ANSI_TO_TCHAR(StackTrace);
    UE_LOG(LogGPULightmass, Log, TEXT("Call Stack:\n%s"), *StackTraceString);
    
    // Maps virtual shader source directory /Plugin/GPULightmass to the plugin's actual Shaders directory.
    FString PluginShaderDir = FPaths::Combine(IPluginManager::Get().FindPlugin(TEXT("GPULightmass"))->GetBaseDir(), TEXT("Shaders"));
    AddShaderSourceDirectoryMapping(TEXT("/Plugin/GPULightmass"), PluginShaderDir);

    FStaticLightingSystemInterface::Get()->RegisterImplementation(FName(TEXT("GPULightmass")), this);
}
方法 2：使用 CaptureStackBackTrace 
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#include "HAL/PlatformStackWalk.h"

void FGPULightmassModule::StartupModule()
{
    UE_LOG(LogGPULightmass, Log, TEXT("GPULightmass module is loaded"));
    
    // 捕获调用栈地址
    constexpr int32 MaxDepth = 20;
    uint64 BackTrace[MaxDepth] = {0};
    uint32 CapturedDepth = FPlatformStackWalk::CaptureStackBackTrace(BackTrace, MaxDepth);
    
    // 输出调用栈
    UE_LOG(LogGPULightmass, Log, TEXT("Call Stack (Depth: %d):"), CapturedDepth);
    for (uint32 i = 0; i < CapturedDepth; ++i)
    {
        FProgramCounterSymbolInfo SymbolInfo;
        FPlatformStackWalk::ProgramCounterToSymbolInfo(BackTrace[i], SymbolInfo);
        
        UE_LOG(LogGPULightmass, Log, TEXT("  [%d] %s!%s [%s:%d]"), 
            i,
            ANSI_TO_TCHAR(SymbolInfo.ModuleName),
            ANSI_TO_TCHAR(SymbolInfo.FunctionName),
            ANSI_TO_TCHAR(SymbolInfo.Filename),
            SymbolInfo.LineNumber);
    }
    
}
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蓄水池抽样作为一类随机采样方法，是为了解决从的样本流中随机选取个样本的问题。通常未知或很大，无法一次性将样本装载到内存，而是以stream的方式读取。

Reservoir sampling

证明

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UE4通过ightmapPathTracing.usf实现静态物体的lightmap烘焙。lightmap是把模型表面的光照情况预计算并缓存起来的一张贴图，首先讲模型表面展开到uv空间且不能uv覆盖，因为平常的uv贴图可以复用，但是模型上每一个点的光照情况可能都不一样；然后，对lightmap texel对应的模型表面点，做光照的半球积分。

lightmap的材质限定

Lightmap本质上存储的是表面的入射辐照度（irradiance），它隐含的假设是最终着色时该表面以 Lambertian 漫反射来使用这份光照数据，运行时乘以 diffuse albedo 得到出射颜色。UE4 lightmass在烘焙lightmap时，在计算间接光弹射时，所有中间弹射表面也被作为diffuse reflector处理，在中间弹射点做cosine-weighted半球采样，忽略材质的specular、roughness、metallic等属性，忽略特殊的光效，比如焦散（caustics，即 LSDE光照路径）。Lightmass 烘焙的整个光照传输链路中，每一次弹射都是diffuse的，Lightmass取Base Color作为弹射albedo，理论上金属化的表面（metallic = 1）在PBR中几乎没有diffuse分量，这样的处理可能会有不一致的问题。

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