GPU Gems 3 · Chapter 27. Motion Blur as a Post-Processing Effect

先问：为什么快速移动的画面会拖出一条路

想象你连续拍下两张照片：同一个物体在第二张里换了位置。如果把两张照片之间的路程画出来，再沿这条路混合颜色，静止观看时就会感觉到速度。

本章解决的问题是：已有一张画面和一张深浅记录时，怎样找出画面上每个位置在上一瞬间来自哪里，然后把颜色沿这条路混合成拖影。

没有这条路，游戏只能再把整个场景从头画一遍，或者要求每个物体的着色器额外输出运动信息；这会增加带宽和管线成本，也让旧引擎难以接入。

1. 一张深浅记录足以把屏幕像素送回空间

把画面上的坐标记作 texCoord，把深浅纹理读出的值记作 zOverW。在当前帧的投影约定下，它们可以组成一个齐次点 H：横纵坐标被移到 -1 到 1 的范围，第三个分量放入深度，第四个分量设为 1。

把 H 乘以当前视图投影的逆矩阵，得到 D，再计算 D / D.w。这一步的意义不是凭空猜物体形状，而是利用深度记录中已经保存的遮挡结果，恢复“这个像素落在空间哪里”。

2. 两个相机瞬间的差，就是每个像素的屏幕速度

当前帧的位置还不是拖影方向。把重建得到的空间位置交给上一帧的视图投影矩阵，得到它在上一帧的屏幕位置；当前屏幕位置减去上一帧位置，再除以 2，就得到落在 -1 到 1 范围内的速度向量。

因此，速度不是全屏只有一个方向：相机平移时远近不同的背景速度会不同，旋转时画面两侧的方向也不同。下面的速度场把这个事实画出来；每个箭头都属于自己的像素邻域。

float zOverW = tex2D(depthTexture, texCoord);
float4 H = float4(texCoord.x * 2 - 1, (1 - texCoord.y) * 2 - 1, zOverW, 1);
float4 D = mul(H, g_ViewProjectionInverseMatrix);
float4 worldPos = D / D.w;
 
float4 previousPos = mul(worldPos, g_previousViewProjectionMatrix);
previousPos /= previousPos.w;
float2 velocity = (H.xy - previousPos.xy) / 2.0;

这个片段把“深度 → 空间位置 → 上一帧位置 → 速度”压缩成一次全屏像素着色。要注意矩阵乘法的约定、纹理 y 轴方向，以及上一帧矩阵是否真的对应上一帧相机。

3. 后处理阶段沿速度取样，而不是重新画一遍场景

对每个像素先取一次原色，再让纹理坐标不断加上速度，取得若干相邻颜色。速度大时，样本线段更长；样本数多时，线段上的阶梯更少，但全屏纹理读取也更多。最后除以样本数，才不会因为取样次数变多而把画面变亮。

这个过程只需要一张场景颜色纹理和一张速度来源。若目标平台不能把深度缓冲当纹理读取，可以在渲染时把深度写到另一个 render target，或写到颜色缓冲的 alpha 通道；代价是需要调整输出布局，而不是改变模糊的数学链路。

动手走一遍：把一帧画面变成运动模糊

4. 动态物体需要自己的速度，静态背景可以复用相机速度

只用深度反推的办法，天然记录的是相机造成的运动：如果地面、墙和静态模型没有自己移动，它们可以直接使用这个速度。但一个正在转动的车轮、角色或刚体，在两帧之间的变化并不包含在相机矩阵里。

动态物体的做法与相机速度相似：把顶点分别用当前帧和上一帧的视图投影变换，在像素阶段计算两次屏幕位置的差。它可以作为额外纹理，也可以由多个 render target 同时输出。这样背景和对象各自拥有可信的方向，不必让一个全屏向量承担两种运动。

5. 遮罩决定哪些像素应该保持清晰

赛车、瞄准镜或 UI 目标常常需要保持锐利，即使背景正在高速移动。最简单的办法是单独渲染一张遮罩，或者占用颜色缓冲的 alpha 通道；后处理遇到遮罩值时跳过取样，直接保留原色。

遮罩不是速度的替代品。速度回答“如果要模糊，应该沿哪里取样”，遮罩回答“这个像素是否允许被模糊”。两者分开，才可以让动态目标使用自己的速度，同时让选定对象保持清晰。

先猜一猜：把“保护选定对象”改成“全部模糊”，再把场景切换到动态物体，哪一个指标会先变化？在 Lab 中逐个修改参数，观察背景模糊长度、对象模糊长度和深度路径的反馈。

小结

• 深浅记录加当前逆矩阵，可以恢复每个像素的空间位置。
• 当前与上一帧屏幕位置之差，形成逐像素速度场。
• 后处理沿速度方向取样并平均，样本数换取平滑度。
• 动态物体需要独立速度，不能只复用相机造成的位移。
• 遮罩可以保护目标清晰，深度纹理不可用时可退回额外输出。

练习