【翻譯】Motion Blur for mobile devices in Unity
原文鏈接：https://tech.spaceapegames.com/2018/09/06/motion-blur-for-mobile-devices-in-unity/
什麽是運動模糊？-What is Motion Blur?
維基百科將運動模糊定義為：
運動模糊是在照片或序列幀中移動物體的明顯拖尾，例如電影或動畫。由於快速移動或長時間曝光，在記錄單次曝光期間記錄的圖像發生變化時，會出現這種情況。
當我們使用相機拍攝圖像時，快門打開，傳感器捕獲圖像，然後快門再次關閉。快門打開的時間越長，傳感器捕獲的光線就越多。但是，將快門打開更長時間同時意味著拍攝的圖像可能會改變。
想象一下，我們正嘗試拍攝一輛沿著賽道飛馳的汽車圖像。
運動模糊是令快門長時間打開的一個副作用。在遊戲中，可能需要模擬這種效果。它可以為我們的場景增添速度感和動感。根據遊戲的類型，這可以幫助遊戲提高真實感級別。可能從運動模糊效果中受益的遊戲類型包括賽車遊戲，第一人稱射擊遊戲和第三人稱射擊遊戲等。
管線概述-Pipeline Overview
我們希望為我們的一款賽車遊戲開發運動模糊效果。目前有大量不同的實現方式。
幀模糊-Frame Blur
模擬運動模糊的最簡單方法是獲取前一幀的渲染目標(render tagert)，並在該幀與當前幀的渲染目標之間進行插值。
位置重建-Postion Reconstruction
幀模糊的進一步是位置重建。在這個方法中，我們正常的渲染場景。然後，我們對渲染目標中的每個像素采樣深度緩沖區，並重建屏幕空間位置。使用先前幀的變換矩陣，然後我們計算該像素在先前幀的屏幕空間位置。之後我們可以計算屏幕空間的方向和距離，並模糊此像素。這個方法假定場景中的所有對象都是靜態的。它認為幀緩沖區中像素的世界空間位置不會改變。因此，它非常適合模擬來自攝像機的運動，但如果您想要對場景中的動態對象模擬更細粒度的運動，那麽它並不理想。
速度緩沖-Velocity Buffer
如果你確實需要處理動態對象，那麽這就是適合你的解決方案。它也是三者中性能最昂貴的。這裏我們需要對場景中的每個對象渲染兩次，一次輸出常規的場景渲染目標，第二次創建一個速度緩沖區（通常是R16G16的渲染目標）。你也可以通過綁定多個渲染目標(MRT)來規避第二次繪制調用。
當我們創建速度緩沖區時，我們從模型空間通過當前和先前的世界-視圖-投影矩陣來變換我們渲染的每個對象。這樣做我們也能夠考慮到世界空間的變化。然後我們計算屏幕空間的變化並將此向量存儲在速度緩沖區中。
實現-Implementation
要求-Requiremnets
我們決定實現位置重建方法。
- 幀模糊不是一種選擇 - 這種方法太舊了，並不能提供足夠的真實感。
- 我們遊戲中的攝像機跟隨著不斷移動的玩家車輛，所以即使我們無法模擬世界空間變換，我們仍應該獲得令人信服的效果。
- 我們不希望產生填充速度緩沖區的額外繪制調用成本。
- 我們不希望產生填充速度緩沖區的額外帶寬開銷。
- 我們不想消耗存儲速度緩沖區所需的額外內存。
代碼-Code
我們初始像往常一樣渲染我們的場景。作為後處理步驟，我們在著色器中讀取場景中每個像素的深度：
float depthBufferSample = SAMPLE_DEPTH_TEXTURE（_CameraDepthTexture，uv）.r;
然後我們將從深度重建屏幕空間位置：
float4 projPos; projPos.xy = uv.xy * 2.0 - 1.0; projPos.z = depthBufferSample; projPos.w = 1.0f;
在C＃中，我們將轉換矩陣傳遞到我們的著色器中。此矩陣將轉換當前屏幕空間位置，如下所示：
- 相機空間-Camera Space
- 世界空間-World Space
- 先前幀的相機空間-Previous frames Camera Space
- 先前幀的屏幕空間-Previous frames Screen Space
這一切都是通過簡單的乘法完成的：
float4 previous = mul（_CurrentToPreviousViewProjectionMatrix，projPos）; previous / = previous.w;
要計算此轉換矩陣，我們在C＃中執行以下操作
private Matrix4x4 previousViewProjection;
private void OnRenderImage(RenderTexture src, RenderTexture dest)
{
var viewProj = cam.projectionMatrix * cam.worldToCameraMatrix;
var invViewProj = viewProj.inverse;
var currentToPreviousViewProjectionMatrix = previousViewProjection * invViewProj;
motionBlurMaterial.SetMatrix("_CurrentToPreviousViewProjectionMatrix", currentToPreviousViewProjectionMatrix);
...
previousViewProjection = viewProj;
}
我們現在可以計算兩個屏幕空間向量之間的方向和距離。然後，我們使用距離作為縮放值，並沿著方向向量對渲染目標進行采樣。
float2 blurVec = (previous.xy - projPos.xy) * 0.5f;
float2 v = blurVec / NumberOfSamples;
half4 colour;
for(int i = 0; i < NumberOfSamples; ++i)
{
float2 uv = input.uv + (v * i);
colour += tex2D(_MainTex, uv);
}
colour /= NumberOfSamples
控制運動模糊-Controlling the Motion Blur
一旦我們得到了屏幕的內容，我們很快就會發現太過於模糊。我們希望場景的大部分都模糊不清，但藝術家們希望車輛和驅動器是清晰的。為了實現這一目標，同時盡可能少的影響管線，我們決定使用alpha通道來屏蔽我們不想模糊的場景區域。然後，我們將此蒙版乘以模糊向量，以便有效地生成模糊向量[0,0]。
half4 colour = tex2D(_MainTex, input.uv);
float mask = colour.a;
for(int i = 1; i < NumberOfSamples; ++i)
{
float2 uv = input.uv + (v * mask * i);
colour += tex2D(_MainTex, uv);
}
除此之外，我們還發現遠距離的物體不應該像前景中的物體那樣模糊。為了實現這一點，我們簡單地通過線性眼睛（視圖空間）深度縮放模糊向量，從深度緩沖區（LinearEyeDepth）的計算是Unity的cginc頭內的輔助函數。
float d = LinearEyeDepth(depthBufferSample); float depthScale = 1 - saturate(d / _DepthScale
結論-Conclusion
立即可用，Unity為你生成速度緩沖區來支持運動模糊，但是對於我們的要求，這是過度的。我們始終需要記住，我們是一個移動工作室，所以我們需要在每一步都考慮到性能。我們實現的方法有其權衡，我們必須添加基於距離的縮放以防止距離中的對象模糊太多。然而，由於我們的相機不斷移動，它給我們帶來了令人信服的效果。如果您有任何問題或反饋，請隨時在Twitter上留言或在下面發表評論。
【翻譯】Motion Blur for mobile devices in Unity