直接光照、全局光照与环境遮蔽：28篇复现

从Phong、SH和PRT到反射阴影图、instant radiosity和屏幕空间AO。

先预测，再建立证据

先预测：如果只把ShaderX中的DirectX 8/9、早期GLSL或固定功能接口替换成现代API，哪些数据顺序、精度、过滤和同步假设会改变？光照与GI必须保留能量来源、可见性和方向分布，亮度增加本身不能证明算法正确。 本页用、、、和建立统一验收语言。

官方范围与唯一归属

来源：ShaderX 1 · ShaderX 2 · Introductions & Tutorials · ShaderX 2 · Tips & Tricks · ShaderX 3 · ShaderX 4 · ShaderX 5 · ShaderX 6 · ShaderX 7。以下原篇只在本主题拥有一个主归属；其他主题可以引用，但不得重复计入329篇覆盖。

ShaderX 1 · 2篇

  • SXX-SX1-14 · Smooth Lighting with ps.1.4：标出能量来源、可见性、方向表示与近似缺失信息，用解析或离线参考检查漏光和能量。
  • SXX-SX1-27 · Per-Pixel Strand-Based Anisotropic Lighting：标出能量来源、可见性、方向表示与近似缺失信息，用解析或离线参考检查漏光和能量。

ShaderX 2 · Introductions & Tutorials · 1篇

  • SXX-SX2I-03 · Advanced Lighting and Shading with Direct3D 9：标出能量来源、可见性、方向表示与近似缺失信息，用解析或离线参考检查漏光和能量。

ShaderX 2 · Tips & Tricks · 4篇

  • SXX-SX2T-10 · Hemisphere Lighting with Radiosity Maps：标出能量来源、可见性、方向表示与近似缺失信息，用解析或离线参考检查漏光和能量。
  • SXX-SX2T-13 · Fragment-level Phong Illumination：标出能量来源、可见性、方向表示与近似缺失信息，用解析或离线参考检查漏光和能量。
  • SXX-SX2T-21 · Efficient Evaluation of Irradiance Environment Maps：标出能量来源、可见性、方向表示与近似缺失信息，用解析或离线参考检查漏光和能量。
  • SXX-SX2T-22 · Practical Precomputed Radiance Transfer：标出能量来源、可见性、方向表示与近似缺失信息，用解析或离线参考检查漏光和能量。

ShaderX 3 · 2篇

  • SXX-SX3-08 · Deferred Lighting on PS 3.0 with High Dynamic Range：标出能量来源、可见性、方向表示与近似缺失信息，用解析或离线参考检查漏光和能量。
  • SXX-SX3-21 · Reduction of lighting calculations using Spherical Harmonics：标出能量来源、可见性、方向表示与近似缺失信息，用解析或离线参考检查漏光和能量。

ShaderX 4 · 5篇

  • SXX-SX4-09 · Hardware-Based Ambient Occlusion：标出能量来源、可见性、方向表示与近似缺失信息，用解析或离线参考检查漏光和能量。
  • SXX-SX4-10 · Ambient Occlusion Fields：标出能量来源、可见性、方向表示与近似缺失信息，用解析或离线参考检查漏光和能量。
  • SXX-SX4-12 · Real-time Obscurances with Color Bleeding：围绕光输运状态拆出输入、核心变换、输出、失败边界和现代GPU证据，避免只复述效果名称。
  • SXX-SX4-15 · Dynamical global illuminations using an environment map：标出能量来源、可见性、方向表示与近似缺失信息，用解析或离线参考检查漏光和能量。
  • SXX-SX4-18 · Real-time caustics by GPU：标出能量来源、可见性、方向表示与近似缺失信息，用解析或离线参考检查漏光和能量。

ShaderX 5 · 4篇

  • SXX-SX5-27 · Irradiance Volumes for Real Time Rendering：标出能量来源、可见性、方向表示与近似缺失信息，用解析或离线参考检查漏光和能量。
  • SXX-SX5-28 · Indirect Diffuse and Glossy Illumination on the GPU：标出能量来源、可见性、方向表示与近似缺失信息，用解析或离线参考检查漏光和能量。
  • SXX-SX5-29 · Interactive Refractions and Caustics Using Image-Space Techniques：标出能量来源、可见性、方向表示与近似缺失信息，用解析或离线参考检查漏光和能量。
  • SXX-SX5-30 · Splatting of Diffuse and Glossy Indirect Illumination：标出能量来源、可见性、方向表示与近似缺失信息，用解析或离线参考检查漏光和能量。

ShaderX 6 · 4篇

  • SXX-SX6-28 · Practical Methods for a PRT-based Shader Using Spherical Harmonics：围绕光输运状态拆出输入、核心变换、输出、失败边界和现代GPU证据，避免只复述效果名称。
  • SXX-SX6-29 · Incremental Instant Radiosity：围绕光输运状态拆出输入、核心变换、输出、失败边界和现代GPU证据，避免只复述效果名称。
  • SXX-SX6-30 · Real Time Photon Mapping Approximation on the GPU：标出能量来源、可见性、方向表示与近似缺失信息，用解析或离线参考检查漏光和能量。
  • SXX-SX6-31 · Interactive Global Illumination with Precomputed Radiance Maps：标出能量来源、可见性、方向表示与近似缺失信息，用解析或离线参考检查漏光和能量。

ShaderX 7 · 6篇

  • SXX-SX7-24 · Screen Space Ambient Occlusion：标出能量来源、可见性、方向表示与近似缺失信息，用解析或离线参考检查漏光和能量。
  • SXX-SX7-25 · Image-Space Horizon-Based Ambient Occlusion：标出能量来源、可见性、方向表示与近似缺失信息，用解析或离线参考检查漏光和能量。
  • SXX-SX7-26 · Deferred Occlusion from Analytic Surfaces：围绕光输运状态拆出输入、核心变换、输出、失败边界和现代GPU证据，避免只复述效果名称。
  • SXX-SX7-27 · Fast Fake Global Illumination：标出能量来源、可见性、方向表示与近似缺失信息，用解析或离线参考检查漏光和能量。
  • SXX-SX7-30 · Variance methods for Screen-Space Ambient Occlusion：标出能量来源、可见性、方向表示与近似缺失信息，用解析或离线参考检查漏光和能量。
  • SXX-SX7-31 · Per-Pixel Ambient Occlusion using Geometry Shaders：标出能量来源、可见性、方向表示与近似缺失信息，用解析或离线参考检查漏光和能量。

核心模型与不变量

光照与GI必须保留能量来源、可见性和方向分布，亮度增加本身不能证明算法正确。 复现时先写输入、输出、坐标或数据域、迭代顺序、误差判据和资源生命周期，再讨论接口迁移。任何优化都要指出它保持、近似或放弃了哪条关系。

output=stage(input,constants,resources)output = stage(input, constants, resources) error=norm(reference−candidate)error = norm(reference - candidate) cost=ALU+samples+bandwidth+synchronizationcost = ALU + samples + bandwidth + synchronization accept=correctness∗compatibility∗performanceaccept = correctness * compatibility * performance

公式里的量必须给出范围、单位、空间、精度和生产者。画面相似不代表算法等价；数值接近也不代表带宽、时序和设备边界相同。

最小现代探针

float4 ProbeStage(float4 inputValue, float4 constantsValue) {
    float4 candidate = EvaluateInvariant(inputValue, constantsValue);
    return float4(candidate.xyz, 1.0);
}

探针一次只暴露一个阶段。先使用常量、解析输入和小规模CPU参考确认关系，再逐步恢复纹理、变体、并行和历史数据。

历史载体到现代路径

original article -> assumptions -> invariant -> reference
reference -> modern shader/compute path -> intermediate evidence
evidence -> image or numeric diff -> target-device acceptance

旧shader model、寄存器语义、effect框架、render-to-texture和多pass接口可以变化，但读写依赖、采样边界、精度和同步不能被省略。迁移报告要明确标记完全等价、受控近似和不可直接迁移。

性能、兼容与失败边界

固定设备、驱动、分辨率、场景、帧阶段和统计窗口，分别报告CPU提交、GPU时间、外存流量、显存峰值与画质误差。历史技巧在现代GPU上可能被编译器、缓存或专用硬件替代，必须以捕获而不是名称判断。

{"source":"volume + article id","correctness":"reference diff","compatibility":"api and device matrix","performance":"end-to-end metrics","failure":"minimal replay"}
  1. 固定卷号、篇名、来源、原始平台和输入输出。
  2. 写出核心不变量、CPU或离线参考以及现代GPU路径。
  3. 构造正常、边界、退化和超容量输入，保存中间证据。
  4. 在目标设备重放，记录图像或数值误差和端到端成本。

常见误区

练习

本章回顾

直接光照、全局光照与环境遮蔽页承载28篇唯一原文；每篇都回到问题、不变量、现代实现、边界和证据，而不是只保留一个效果名称。

讨论

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