三维游戏图形学学习笔记（二）延迟渲染

　　首先介绍一下最基本的渲染模型：前向渲染（Forward Rendering）。渲染有两个最基本的要素：物体和灯光。前向渲染是指依次将每个灯光应用到每个物体上。流程如下：

for 每个物体
    for 每个灯光
        按照光照模型进行渲染

　　从中我们可以看出，这种算法的时间复杂度是$O(M*N)$。如果物体和灯光都比较多，性能确实有影响。为了解决这个问题，有人发明了延迟渲染（Deferred Shading）。
　　这种方法的原理是推迟了光照计算，从而避免多次渲染同一个像素。流程如下：

for 每个物体
    将各种几何信息储存到g-buffer中
for 每个灯光
    从g-buffer中读取信息，按照光照模型进行渲染

　　根据流程可以得出，这种算法的复杂度是$O(M+N)$。这极大的降低了时间复杂度，减少了渲染的浪费。这个算法的关键是g-buffer（geometry buffer）中存储哪些信息。
　　根据上一篇中得到的公式，与物体相关的信息包括：物体位置、法线向量、纹理坐标、反射系数（$Ka$、$Kd$、$Ks$、$Ke$）、高光指数。所需要的信息确实是相当的多，因此想要发挥延迟渲染的威力，那么显卡至少需要支持MRT，即同时将多个信息渲染到多张纹理的功能。当然现在显卡基本都有这个功能，这方面无需担心。
　　从这里可以看出，延迟渲染其实是一种空间换时间的策略，用g-buffer所占用的空间来换取渲染效率。所以延迟渲染的瓶颈主要是在g-buffer上，g-buffer的大小就是优化的重点。具体的优化方法不是本文的重点，这里不再赘述。
　　延迟渲染有两个限制。一个是无法使用硬件提供的抗锯齿功能，因为物体的几何信息基本都被抛弃了，只保留了每个像素所需要的基本渲染信息。延迟渲染一般使用Edge AA等方法来进行抗锯齿，相关信息可能之后会专门写一篇来说明。另一个限制是对半透明混合无能为力。因为g-buffer上只保留了最靠近相机的那个像素的信息，无法在光照计算后进行正确的混合，所以一般是用延迟渲染将非半透物体渲染完之后，再用前向渲染将半透明物体渲染一遍。