【魔改UE4】Rtx實時焦散的一次嘗試

這篇文章是這個系列最後一篇啦，前情回顧：

有了動態的天空，動態的水面反射，距離心中想的比賽作品還差最後一個最大的挑戰，那就是可以互動的實時焦散。UE4 連水都沒有，更別提焦散，所以這部分內容完全得靠自己。

在組裡其他小夥伴的幫忙下，在比賽距離比賽截止還剩不到4天的時間，完成了效果原型。因為涉及到一些專案內部的資訊，所以目前這篇文章只對我認為可以放出的內容，稍微點一下。據說NV 有意要把焦散的實現給UE4，那到時候再給大家做具體的分析。

當然，NV 也在18年GDC 上給出了焦散相關的資訊，有興趣的小夥伴可以到這裡檢視：

這篇文章，我將分享下面的內容

：

遊戲裡面最常用的

焦散

場景？

實時可互動

的焦散是什麼樣的？

水面焦散的

原理

【水面上下，水的反射折射】。

遊戲裡面常規的焦散如何做，如何使用

RayTracing

實現焦散【只分享過程部分截圖，不會涉及具體程式碼】。

廢話不多說，這就開始。

1、什麼是焦散？

游泳池裡面的焦散效果最常見了，這些跟著水面一起晃動的亮斑，其實就是這裡所謂的“焦散”，它們會出現在水底，也會出現在水上，岸邊天花板都有。

遊戲裡面，

傳統的焦散

，一般是透過某些專業軟體，匯出一個焦散序列，然後透過uv動畫來製作的。

優點：效率快，效果可以控制。

缺點：無法互動。

NV 在推他的RayTracing就一直提到焦散，那麼這個實時的焦散張啥樣？

其實遠的不說，就拿國產遊戲Rtx來說，《逆水寒》、《劍網三》都曾指出自己實現了rtx 焦散。因為劍三已經正式交付到玩家手裡，我以《劍網三》為例說明。

jx3_caustic_realtime。wmv

https：//www。zhihu。com/video/1191764443942563840

以上畫面是從劍網三正式服蓬萊場景擷取的，可以看出，當你在水裡跑動的時候，焦散會跟著一起動。這便回答了上述的問題啦。

2、焦散原理

關於焦散的原理的準確闡述，大家可以看上面NV 的Gdc 影片，也可以查一下。我這裡說一下我們遊戲裡面，要實現的水面這個焦散的大致情況。

其實說的通俗簡單一點，對於水面，我們並不是是為了焦散而去做焦散，真正要做的是，模擬光線從空氣進入水面後發生的一些事情。

由上面那張圖可以看到，光線打到水面上的一個點，會根據水面的發現發生反射和折射。當一束平行光線過來，因為水面並不平，反射以後的光線並不是平行的，會朝著各個方向繼續傳播，當他們碰到下一個平面，很多光子聚集到一起，就形成了一系列的“亮點”，遠距離看起來，這些亮點看上去，有了形狀，就是我們所說的由於反射，而產生的水面上面的焦散了。折射產生的水下焦散也是這個道理。

反射形成的焦散會打到水面的上方。

折射形成的焦散會達到水面的下方。

3、焦散的實現

我們知道，在RTX 的框架下，處理這種已知位置和方向的射線求交是非常方便的。其實焦散的實現非常方便，實際程式碼和反射非常相似。只不過，反射是一個畫素被動的去計算一個畫素被反射到的顏色，而焦散則是主動發出射線去照亮場景。

簡而言之，一共有下面三個步驟：

【光柵化】繪製水面，得到水面位置和法線資訊。

【RayTracing】做射線求交，得到求交結果。

【光柵化，可選】根據實際情況，選擇是否繪製Caustic 網格。

值得注意的有兩點：

焦散實際是透過RayTracing 和光柵化共同完成的結果。

第三步是可選的，當發出的射線不夠多時，點亮場景的點非常散，沒辦法聚成一定的形狀。這個時候就需要透過降噪的手段來處理這些噪點了。當然，如果只是一個為了一個製作一個效果原型，不扣細節，我們可以選擇要不加多射線，也有一個很討巧的辦法，把這些點實時匯出，拼成三角形，CS計算三角形的面積，決定三角形的亮度，最後在PS 裡面三角形畫出來即可。

此外，要想實現一個非常漂亮的焦散效果，對水面的法線要求很高。最終焦散的效果是來自水面法線的，這也是美術控制焦散最主要的方式。

綜上所述，焦散的具體實現步驟：

【光柵化】正交繪製水面，RT 為水面的世界座標和法線。

【RayTracing，GenRay】根據螢幕上一個畫素水面的法線，和光線的方向，計算反射、折射方向。

【RayTracing，DispatchRay】沿著這兩個方向，主動像場景發射射線。

【RayTracing，HitGroup】當碰到場景時，計算這一點在螢幕上的座標，把SceneColor 上對應的點點亮，降噪，使場景顏色平滑乾淨。

【RayTracing，HitGroup】必要時，不做第4步，直接匯出碰到的世界座標點，和其他關心的資訊。

【CS】拼接三角形，根據三角形面積，計算三角形亮度強度。

【光柵化】GS 剔除不符合的三角形，PS 繪製三角形，完成焦散。

下面做一個簡單的概述，以及我部分完成的情況，供有興趣的小夥伴參考：

3。1 正交繪製水面，得到水面世界座標，和法線的資訊

這一步在最開始的時候，我是新建了兩個和螢幕一樣大小的RT，從主相機的角度透視拍水面的。這麼做確實很方便，不用管理相機，但是它的問題是，首先會浪費很多畫素，其次精度不夠，會出現摩爾紋以及各種莫名其妙的問題。