在Unity中实现屏幕空间反射Screen Space Reflection（1）

本篇文章我会介绍一下我本身在Unity中实现的SSR效果
出发点是理解SSR效果的原理，所以最终效果不是很是完美的（代码都是够用就行），可是从学习的角度来讲足以学习到SSR中的核心算法。
若是对核心算法没有兴趣，能够直接使用Unity官方的PostProcessing库，其中包含了一个SSR效果。（其实现来自于casual effects）

参考资料：
https://github.com/Unity-Technologies/PostProcessing
http://www.kode80.com/blog/2015/03/11/screen-space-reflections-in-unity-5/
http://casual-effects.blogspot.com/2014/08/screen-space-ray-tracing.html

完成的工程：
https://github.com/yangrc1234/ScreenSpaceReflection
目前只在2017.一、DirectX下实现，没有进行其余测试。除非之后有需求，不然可能不会更新这个repo，毕竟官方已经有解决方案了，不必重复造轮子。这个repo用于学习目的就好了。
一些shader的宏、变量多是2017.1才有的，若是老版本编译不过欢迎提issue。

第一部分包含屏幕空间反射的定义、以及一个最初步的实现。

屏幕空间反射

屏幕空间反射是一个后处理效果。经过对屏幕空间的画面，按必定方式投射光线，采样光线路径上的像素，获得一个点上的反射颜色。
好比说，对于一个像素A，咱们去计算它的反射。要计算反射，咱们必需要知道视线方向和该点的空间位置以及的法线方向，从而计算出光线的方向。
视线方向好说，空间位置，咱们能够从深度贴图中还原出来。法线方向意味着屏幕空间反射只能在Deferred Rendering下进行。在Deferred Rendering下咱们能够轻松的从GBuffer中获得一个点的法线方向。

获取这些信息后，咱们就能够开始投射光线了。每次光线步进，咱们都将当前位置的点再投影到屏幕空间上，去采样屏幕上的像素。若是咱们计算获得（如何计算等下再说）该像素是光线路径上的一点，咱们就能够将该点返回做为结果了。

如下是实际代码：

[ImageEffectOpaque]
    private void OnRenderImage(RenderTexture source, RenderTexture destination) {
        mat.SetTexture("_BackfaceTex", GetBackfaceTexture());
        mat.SetMatrix("_WorldToView", GetComponent<Camera>().worldToCameraMatrix);        //emmmmm不知道为何UNITY_MATRIX_V在这里变成了一个单位矩阵。须要手动设置world to view的矩阵。
        Graphics.Blit(source, destination, mat,0);    
    }

v2f vert (appdata v)
            {
                v2f o;
                o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                o.uv = v.uv;
                float4 cameraRay = float4(v.uv * 2.0 - 1.0, 1.0, 1.0);    //做为一个后期特效，咱们能够经过uv坐标，来得到相机光线方向。注意坐标z为1.0，这里的cameraRay是从原点到far clip plane的光线
                cameraRay = mul(unity_CameraInvProjection, cameraRay);    //将相机光线从clip space转移到view space
                o.csRay = cameraRay / cameraRay.w;           
                return o;
            }

                        fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
            {
                float decodedDepth = Linear01Depth(tex2D(_CameraDepthTexture, i.uv).r);    
                float3 csRayOrigin = decodedDepth * i.csRay;        //由于i.csRay是指着far clip plane的光线，此时csRayOrigin是view space的光线起点
                float3 wsNormal = tex2D(_CameraGBufferTexture2, i.uv).rgb * 2.0 - 1.0;    //世界坐标系下的法线
                float3 csNormal = normalize(mul((float3x3)_WorldToView, wsNormal));    //将转换到view space

                                float2 hitPixel;
                float3 debugCol;
                                        
                if (traceRay(        //检测相交
                        csRayOrigin, 
                        normalize(reflect(csRayOrigin, csNormal)),
                        hitPixel,    //out
                        debugCol))    //out
                {
                        reflection = (1 - rayPercent) * tex2D(_MainTex, hitPixel);
                }
                //return float4(debugCol, 1);
                return tex2D(_MainTex, i.uv) + tex2D(_CameraGBufferTexture1,i.uv) * half4(reflection,1);
            }

在traceRay方法中，咱们进行实际的光线投射、相交检测。
traceRay的签名中我设置了一个debugCol的参数，当我须要debug这个函数时，我将须要debug的内容放到debugCol中，在main里输出debugCol的颜色。这只是我我的的习惯。
对于反射颜色的计算，我只是简单的获取了那个像素的颜色，而后加到输出里去而已。事实上，由于咱们是在Deferred rendering模式下，咱们能够获取到该点的全部的用于着色的信息，用这些信息咱们能够进行一次完整的基于物理着色。在PostProcessing中的SSR就是这么作的，能够参考一下。