DX9 Update中的HDRLighting Sample分析 (2)

    上一篇我们分析到得出了场景的平均亮度值。下面如果我们不打算做Star和Bloom效果的话，我们可以直接使用这个亮度值来进行我们最后的调整，获得最后的画面。但是如果HDR缺少了Star和Bloom或类似的效果的话，就如同太阳失去了光芒一样。不过在进行我们的Star和Bloom效果处理之前还有一个问题需要解决，这个问题和这些效果没什么关系。我们知道我们的眼睛当遇到强光的时候，并不是一下子就能适应，而是有个渐进的过程。如果我们的程序没有这个处理的话，将会失色很多。也就是说两个亮度值之间需要有个过渡的变化。我们如何做到这一点呢？

    fNewAdaptation = fAdaptedLum + (fCurrentLum - fAdaptedLum) * ( 1 - pow( 0.98f, 30 * g_fElapsedTime ) );

    上面的就是我们计算过渡亮度值的公式，fCurrentLum是我们的目标的亮度值，fAdaptedLum是上一桢的亮度值，我们在每次计算的时候，一般是保持fCurrentLum,上一次计算的fNewAdaptation作为这次计算的fAdaptedLum，这样我们就能做到逐步的接近我们的最终结果fCurrentLum。而我们把每桢计算得出的fNewAdaptation作为我们调整颜色用的亮度值。

    让我们来具体的看看代码

    if( m_bAdaptationInvalid )
    {
        // Clear the update flag
        m_bAdaptationInvalid = false;

        // Calculate the current luminance adaptation level
        CalculateAdaptation();
    }

    这里的if( m_bAdaptationInvalid )并不起作用，因为在FrameMove()函数内都m_bAdaptationInvalid设置成了true.也就是说每桢都调用CalculateAdaptation();我们来看看着个函数是如何实现上面说得那样的计算:

    HRESULT CMyD3DApplication::CalculateAdaptation()
    {
        HRESULT hr = S_OK;
        UINT uiPass, uiPassCount;

        // Swap current & last luminance
        PDIRECT3DTEXTURE9 pTexSwap = m_pTexAdaptedLuminanceLast;
        m_pTexAdaptedLuminanceLast = m_pTexAdaptedLuminanceCur;
        m_pTexAdaptedLuminanceCur = pTexSwap;

        这里可以看到每桢都交换了Cur和Last，将上桢的结果作为这一桢的输入参数

        m_pEffect->SetTechnique("CalculateAdaptedLum");
        m_pEffect->SetFloat("g_fElapsedTime", m_fElapsedTime);
    
        m_pd3dDevice->SetRenderTarget(0, pSurfAdaptedLum);
        m_pd3dDevice->SetTexture(0, m_pTexAdaptedLuminanceLast);
        m_pd3dDevice->SetTexture(1, m_apTexToneMap[0]);
        m_pd3dDevice->SetSamplerState( 0, D3DSAMP_MAGFILTER, D3DTEXF_POINT );
        m_pd3dDevice->SetSamplerState( 0, D3DSAMP_MINFILTER, D3DTEXF_POINT );
        m_pd3dDevice->SetSamplerState( 1, D3DSAMP_MAGFILTER, D3DTEXF_POINT );
        m_pd3dDevice->SetSamplerState( 1, D3DSAMP_MINFILTER, D3DTEXF_POINT );

        这里m_apTexToneMap(0)就是我们的最终的目标亮度值，这里用到的shader的代码如下

        float4 CalculateAdaptedLum(in float2 vScreenPosition : TEXCOORD0) : COLOR
        {
            float fAdaptedLum = tex2D(s0, float2(0.5f, 0.5f));
            float fCurrentLum = tex2D(s1, float2(0.5f, 0.5f));
    
           // The user's adapted luminance level is simulated by closing the gap between
           // adapted luminance and current luminance by 2% every frame, based on a
           // 30 fps rate. This is not an accurate model of human adaptation, which can
           // take longer than half an hour.
           float fNewAdaptation = fAdaptedLum + (fCurrentLum - fAdaptedLum) * 
                                  ( 1 - pow( 0.98f, 30 * g_fElapsedTime ) );
           return float4(fNewAdaptation, fNewAdaptation, fNewAdaptation, 1.0f);
        }

        这里就是使用上面说到的公式来计算我们当前的亮度值

    }

    通过上面的计算，我们在最后使用的亮度值保存在了m_pTexAdaptedLuminanceCur里面。

    接下来我们就准备开始获得Star和Bloom效果了.首先我们需要将场景中特别亮的像素给提取出来。

    SceneScaled_To_BrightPass();

    这个函数就是获得我们Star和Bloom所需要的来源贴图.我们来看看着个函数的内部实现

    HRESULT CMyD3DApplication::SceneScaled_To_BrightPass()
    {
        ....

        m_pEffect->SetTechnique("BrightPassFilter");

        m_pd3dDevice->SetRenderTarget( 0, pSurfBrightPass );
        m_pd3dDevice->SetTexture( 0, m_pTexSceneScaled );
        m_pd3dDevice->SetTexture( 1, m_pTexAdaptedLuminanceCur );
        m_pd3dDevice->SetRenderState( D3DRS_SCISSORTESTENABLE, TRUE );
        m_pd3dDevice->SetScissorRect( &rectDest );
        m_pd3dDevice->SetSamplerState( 0, D3DSAMP_MINFILTER, D3DTEXF_POINT );
        m_pd3dDevice->SetSamplerState( 0, D3DSAMP_MAGFILTER, D3DTEXF_POINT );
        m_pd3dDevice->SetSamplerState( 1, D3DSAMP_MINFILTER, D3DTEXF_POINT );
        m_pd3dDevice->SetSamplerState( 1, D3DSAMP_MAGFILTER, D3DTEXF_POINT );

        我们使用刚刚计算得出的m_pTexAdaptedLuminanceCur(如果跳过模拟过渡的阶段，这里应该使用m_apTexToneMap(0))和m_pTexSceneScaled作为我们的参数,计算后的只剩下我们需要的亮度信息保存pSurfBrightPass,我们来看看这里用到的shader的操作

        float4 BrightPassFilter(in float2 vScreenPosition : TEXCOORD0) : COLOR
        {
    float4 vSample = tex2D( s0, vScreenPosition );
    float  fAdaptedLum = tex2D( s1, float2(0.5f, 0.5f) );

    // Determine what the pixel's value will be after tone-mapping occurs
    vSample.rgb *= g_fMiddleGray/(fAdaptedLum + 0.001f);

    // Subtract out dark pixels
    vSample.rgb -= BRIGHT_PASS_THRESHOLD;

    // Clamp to 0
    vSample = max(vSample, 0.0f);

    // Map the resulting value into the 0 to 1 range. Higher values for
    // BRIGHT_PASS_OFFSET will isolate lights from illuminated scene 
    // objects.
    vSample.rgb /= (BRIGHT_PASS_OFFSET+vSample);
    
    return vSample;
        }

        这里通过-BRIGHT_PASS_THRESHOLD和Clamp to 0我们就得到了只剩下我们需要的像素亮度值得Texture了

    }