NVIDIA HBAO+解析：打造更逼真的环境光遮盖效果_专栏

想要在物体周围打造出逼真的阴影效果，开发商需要使用一种叫做环境光遮蔽（AO）的特效。与传统阴影效果不同，AO可以导致光线遮挡，从而创造出并非千篇一律的阴影，这样的阴影可以增加场景的深度。最常见的是，游戏会采用屏幕空间环境光遮蔽（SSAO）来渲染AO特效。有许多衍生版本，然而所有这些衍生版本都基于早期的AO技术，因而阴影清晰度和画质不高，所以在与不具备AO特效的场景相比时，图像质量的提升并不大。

在2008年的SIGGRAPH科技大会上，NVIDIA推出了一种升级的SSAO衍生版本，叫做水平基准环境光遮蔽（HBAO）。与之前的SSAO衍生版本不同，HBAO采用了一种基于物理效果的算法，可模仿一个具有深度缓冲采样的整体。换言之，这一升级让HBAO能够生成更高画质的SSAO效果，同时提升清晰度、画质以及AO阴影的可见性。

然而由于性能原因，HBAO一般以半数分辨率渲染，因此使AO像素数减少了四分之三。《战地：叛逆连队2》和《战地3》中的做法就是这样的。不幸的是，以缩减分辨率渲染HBAO不可避免地会导致闪烁现象，闪烁现象在各种情况下都很难掩盖，尽管游戏在这方面进行了尽可能的优化，但是在某些情况下，闪烁依然持续。

为了解决这些问题，NVIDIA的Louis Bavoil完全重新开发并重新修改了SSAO，创造出了HBAO+，它是SSAO渲染领域中的一次重大转变。与HBAO相比，HBAO+使AO特效的细节水平翻了一倍，运行速度提升三倍，还采用了最新的DirectX 11技术。

在《细胞分裂：黑名单》游戏中，只有HBAO+能提供最先进的全新阴影技术

Louis工作之初的首要目标是创造出一种AO技术，这种技术在GeForce GTX 660这样的现代GPU上能够以1920*1200全分辨率渲染得足够快。HBAO在全分辨率下提供了很好的清晰度，但是它对性能的严重影响使其在现代游戏上不大可行，而且在以缩减分辨率使用它时，它与SSAO相比依然会对帧速率产生很大的影响。

Louis的第二个目标是通过利用DirectX 11在2009年问世时所带来的软件进步（尤其是纹理阵列和gather4指令），最大限度提升AO实施的效率。最终，全新的DirectX 11硬件和软件让Louis能够使用快速的交错渲染技术而非缓慢的全屏通道来渲染HBAO+。

Louis的第三个以及最终目标是与HBAO相比之下提升HBAO+的视觉保真度，尤其是在草地、树叶以及其它具有精细细节的场景中提升保真度。正如在《孤岛惊魂3》中所看到的一样，HBAO在这种情况下很难创造出实心阴影区域。

HBAO+有助于打造出有太阳和人造光源照射的逼真场景

Louis的工作成果是一种更加精确的环境光遮蔽技术，厚重的阴影被定义得更好、更精确，更加清晰可见。下面，大家可以看到一项互动对比，对比中展示了一个所有纹理和游戏元素均已删除的场景，只剩下AO阴影，从而可以轻松对比新老技术。

HBAO+环境光遮蔽阴影远比从前更加精确

可以看到，HBAO+各方面都胜过HBAO，后者在上述例子中是以全分辨率进行渲染的。当以半分辨率渲染时，HBAO的画质和精度会进一步降低，特效的画质就更低了。

为了测量AO技术的速度，我们记录了出现一帧AO所花费的运算和渲染时间，从游戏到GPU再到显示器。利用开发工具，在时钟频率锁定为1058MHz的GeForce GTX 680上以1920*1080分辨率运行时，我们在《细胞分裂：黑名单》中记录了固定场景中每个AO选项的速度，如下灰度等级所示。

在《细胞分裂：黑名单》中，与半分辨率SSAO相比，Ubisoft的全分辨率SSAO+技术可以提供更优秀的画质，但是在该过程中会严重影响帧速率，每帧的速度慢3.3毫秒。同时，HBAO方案以全分辨率运行，但是每像素仅有4个遮蔽采样，远比SSAO和SSAO+的16个少得多。换来的结果是性能的提升以及有一堆问题的AO图像。

相比之下，全分辨率NVIDIA HBAO+的速度比位居第二的AO技术SSAO+快了将近一倍。另外，遮蔽采样数也翻了一番以上。结果便造就了一个更快的方案，可提供远比其它技术更丰富、更细腻的图像。