【Unity】Compute Shader计算BRDF存储到纹理

在移动平台，BRDF的计算会消耗较多的ALU，同时对于BRDF计算结果的精度要求没有这么高。一种优化的方式是将BRDF的部分复杂计算，预计算存储到纹理中。已增加一张BRDF贴图和纹理采样器的代价，来节约ALU。

将BRDF预计算存储到纹理的方式有很多，使用C#实现或者Unity2018的新的Custom Render Texture都可以很方便的实现功能。

作为一个Compute Shader的入门，这里使用Compute Shader，也就是计算着色器来实现我们的需求。

首先，我们新建一个C#脚本，BRDFGenerator.cs

using UnityEditor;
using UnityEngine;
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
public class BRDFGenerator : ScriptableWizard
{
    public ComputeShader computeShader;
    public int size=256;
 //   public RenderTexture rt;
    public Material mat;
    private int _kernel;
    [MenuItem("Texture Generator/BRDF Texture Generator")]
    static void CreateWizard()
    {
    //    ScriptableWizard.DisplayWizard<t>("Create Light", "Create", "Apply");
        ScriptableWizard.DisplayWizard<BRDFGenerator>("BRDF Texture Generator", "生成");
        //If you don't want to use the secondary button simply leave it out:
    }
    private void OnEnable()
    {
        Debug.Log("Start!");
    }
    void OnWizardCreate()
    {
        RenderTexture renderTexture = new RenderTexture(size,size,0,RenderTextureFormat.ARGB32);
        renderTexture.enableRandomWrite = true;
        renderTexture.Create();
     //   rt.enableRandomWrite = true;
        mat.SetTexture("_MainTex", renderTexture);
        float temp = size / 1.0f;
        _kernel = computeShader.FindKernel("CSMain");
        computeShader.SetTexture(_kernel, "Result", renderTexture);
        computeShader.SetFloat("size", temp);
        computeShader.Dispatch(_kernel, renderTexture.width / 8, renderTexture.height / 8, 1);
        Debug.Log("Sucess!");
    }

    void OnWizardUpdate()
    {
        helpString = "BRDF";
    }

}

BRDFGenerator.cs实现了一个窗口

 同时，还进行了线程的分发，这里，我们一个线程控制一个像素点。

对应的Compute Shader如下：

// Each #kernel tells which function to compile; you can have many kernels
#pragma kernel CSMain

// Create a RenderTexture with enableRandomWrite flag and set it
// with cs.SetTexture
RWTexture2D<float4> Result;
float size;
#define UNITY_PI            3.14159265359f
#define UNITY_INV_PI        0.31830988618f
float Pow5(float x)
{
    return x*x*x*x*x;
}
[numthreads(8,8,1)]
void CSMain (uint3 id : SV_DispatchThreadID)
{
    // TODO: insert actual code here!
    float x=id.x/size;
    float y=id.y/size;
    //可见性项计算
    float roughness=x;
    float r2=roughness*roughness;
    float dot2=y*y;
    float V=   (-1 + sqrt(r2 * (1 - dot2) / dot2 + 1)) * 0.5f;
    //微表面分布项计算
    float nh=y;
    float d_temp = (nh * r2 - nh) * nh + 1.0f; 
       float D= UNITY_INV_PI * r2 / (d_temp * d_temp + 1e-7f); 
    //菲涅尔计算
    float cosA=x;
    float F=Pow5(1-cosA);
    //漫反射计算
    float fd90=y*2.5;
    float diffuse   = (1 + (fd90 - 1) * Pow5(1 - x))*0.4;
    //输出结果
    Result[id.xy] = float4(V, D, F, diffuse);
}

Compute Shader的语法和顶点及片段着色器没有什么区别，SV_DispatchThreadID的具体解释可以查阅MSDN。

这里使用的BRDF的计算都是摘取的UnityStandardBRDF.cginc的实现，也可以选择自己的BRDF模型。

BRDF的各项分别存储在RGBA四个通道中。计算速度比在C#中快超多。

结果如下：

RGB通道

Alpha通道