图形渲染

移动端SSAO实现方案分析

移动端SSAO实现方案分析

1. 核心依赖

1.1 G-Buffer渲染

  • 深度缓冲区（Depth Buffer）：用于重建世界空间位置
  • 法线缓冲区（Normal Buffer）：存储视空间或世界空间法线
  • 可选的位置缓冲区：直接存储位置，避免重建计算

1.2 相机参数

  • 投影矩阵：屏幕空间到视空间的转换
  • 视图矩阵：世界空间到视空间转换
  • 近远平面参数：深度值线性化

2. 移动端优化方案

2.1 简化的采样策略

1
2
3
4
5
6
7
// 减少采样点数量（桌面端通常64个，移动端8-16个）
const int SAMPLE_COUNT = 12;
vec3 samples[SAMPLE_COUNT] = {
    vec3(0.04, 0.04, 0.02),
    vec3(-0.08, 0.05, 0.03),
    // ... 更多采样点
};

2.2 分辨率降级

  • 半分辨率渲染：在屏幕分辨率的1/2进行SSAO计算
  • 四分之一分辨率：极端性能要求下使用1/4分辨率
  • 双线性上采样：将低分辨率结果上采样到全分辨率

2.3 深度重建优化

1
2
3
4
5
vec3 reconstructViewPos(vec2 uv, float depth) {
    vec4 clipPos = vec4(uv * 2.0 - 1.0, depth, 1.0);
    vec4 viewPos = u_invProjection * clipPos;
    return viewPos.xyz / viewPos.w;
}

3. 移动端特定优化

3.1 自适应采样半径

1
2
3
float getAdaptiveRadius(float viewDepth) {
    return mix(minRadius, maxRadius, 1.0 / (1.0 + viewDepth * 0.1));
}

3.2 分层SSAO

  • 近景高质量：对近距离物体使用更多采样点
  • 远景简化：远距离物体使用简化算法或跳过处理

3.3 时间分片

1
2
3
4
5
6
7
8
9
class TemporalSSAO {
    int currentTile = 0;
    const int tilesPerFrame = 4;
    
    void renderFrame() {
        renderSSAOTile(currentTile, tilesPerFrame);
        currentTile = (currentTile + 1) % totalTiles;
    }
};

4. 内存和带宽优化

4.1 纹理格式优化

  • R8格式：AO值只需要单通道
  • 压缩纹理：使用ETC2/ASTC压缩法线纹理
  • 打包存储：将多个值打包到单个纹理通道

4.2 渲染目标管理

1
2
RenderTarget ssaoRT = createRT(width/2, height/2, R8_UNORM);
RenderTarget blurRT = ssaoRT; // 乒乓缓冲复用

5. 质量与性能平衡

5.1 LOD系统集成

  • 距离衰减：根据相机距离调整SSAO强度
  • 重要性采样：对重要物体使用高质量SSAO

5.2 动态质量调整

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
class AdaptiveSSAO {
    float targetFrameTime = 16.67f; // 60fps
    int currentSampleCount = 12;
    
    void adjustQuality(float frameTime) {
        if (frameTime > targetFrameTime * 1.1f) {
            currentSampleCount = max(8, currentSampleCount - 2);
        } else if (frameTime < targetFrameTime * 0.9f) {
            currentSampleCount = min(16, currentSampleCount + 1);
        }
    }
};

6. 移动端特殊考虑

6.1 功耗优化

  • Early-Z优化：利用移动GPU的Early-Z特性
  • Shader分支减少：避免动态分支，使用预编译变体

6.2 带宽敏感优化

  • 就地模糊：在同一个Pass中完成AO计算和模糊
  • 单Pass实现：将多个步骤合并到单个着色器

6.3 兼容性处理

1
2
3
4
5
6
#ifdef GL_ES
    precision mediump float;
    #define SAMPLE_COUNT 8
#else
    #define SAMPLE_COUNT 16
#endif

7. 实现流程

  1. G-Buffer Pass：渲染深度和法线
  2. SSAO Pass：在降级分辨率下计算AO
  3. 模糊Pass：边缘保持模糊（可选）
  4. 上采样Pass：恢复到全分辨率
  5. 合成Pass：与最终渲染结果混合

8. 性能指标

  • 采样点数：8-16个（vs桌面端32-64个）
  • 渲染分辨率：1/2到1/4屏幕分辨率
  • GPU时间：目标控制在1-2ms内
  • 内存占用：额外2-4MB纹理内存

9. 总结

移动端SSAO实现需要在视觉效果和性能之间找到平衡点。通过合理的优化策略，包括采样点减少、分辨率降级、自适应质量调整等技术，可以在移动设备上实现可接受的SSAO效果，同时保持稳定的帧率表现。关键是要根据具体项目的性能要求和目标设备来选择合适的优化方案。

×