【RFC】Support SSAO #2726
Description
RFC：屏幕空间环境光遮蔽（SSAO）
背景
屏幕空间环境光遮蔽（SSAO）是一种在屏幕空间计算近似环境光遮蔽的后处理技术，能够在实时渲染中增加场景的深度感与细节层次。
现状
- 空间层次感不足：场景中的物体缺乏环境光遮蔽，导致模型交界处（如墙角、物体接触区域）缺少间接阴影，整体视觉效果显得“扁平”。
- 间接阴影缺失：复杂模型的细节（如凹槽、缝隙）无法通过现有光照模型充分表现，影响场景真实感。
目标
- 在渲染流程中插入 SSAO 模块，作为标准后处理步骤之一
- 支持用户配置以下参数：
- ✅ 采样数量（Sample Count）：控制 SSAO 采样的精度
- ✅ AO 半径（Radius / Distance）：控制遮蔽计算的范围
- ✅ 模糊强度（Blur Kernel Size / Strength）：控制 SSAO 的模糊效果，减少噪声
- ✅ 强度系数（AO Intensity）：控制 SSAO 效果的整体强度
对比分析
| 特性 | Unity URP | Filament |
|---|---|---|
| 启用方式 | RenderPipelineAsset 设置 + AfterOpaque | 后处理链一部分（依赖 PostProcessManager） |
| 是否支持 SpecularAO | ❌ 不支持 | ✅ 支持，间接光阶段混合，使用aoBentNormal |
| Normal 来源 | 可选 Normal Pass 或深度重建 | 深度重建 |
| Noise 类型 | Blue Noise + Interleaved | Interleaved |
| sample count | unity中叫Samples，高中低三种可选 |
通过 QualityLevel 枚举：LOW/MEDIUM/HIGH/ULTRA |
| Blur 模式 | 多种选择（Gaussian、Bilateral、Kawase） | Bilateral |
两个引擎设计的不同衍生的问题
After Opaque 的意义
- 如果不开
After Opaque在depth模式下就必须插入一个Depth Prepass去获取Scene Depth或Depth Normals，当开启After Opaque，可以复用不透明阶段的深度和法线，不会再单独走一个Depth Prepass After Opaque在depth normal下，交换了opaque pass和ssao的顺序，opaque 在 ssao 之后的话颜色会更深点
为什么和 Specular AO 混合
- Filament 将 SSAO 与 SpecularAO 一起用于间接光阶段混合，避免高光过度明亮
- Unity URP 中未内建，但可通过自定义 shader 混合加入
本次重点在漫反射部分的屏幕空间 AO 效果，可以先不考虑高光的 AO，后续高光单独作为一个 PR
Normal 获取
| 方式 | 描述 |
|---|---|
| Reconstruct from Depth | Shader 中直接从深度图重建 View Space Normal (filament方案) (unity方案) |
| DepthNormals Pass | 单独渲染一个 Normal Pass |
normal pass：
Reconstruct normal：
- unity normal 效果对比
- urp 中从 normal pass 到 ssao pass 时，depth texture 和 normal texture 分开两张纹理输入
🔎 结论：直接通过 depth 重建 normal，节省 Pass 成本，适合移动端。
Noise
| 类型 | 引擎 | 特点 |
|---|---|---|
| Blue Noise | Unity | 分布均匀，动态ssao |
| Interleaved Gradient | Unity, Filament | 易实现，实现静态ssao |
Blue Noise需要通过一张texture2D去存储预生成好的noise，会增加一张纹理开销，且每一帧会实时更新，并且看下来 urp 管线中只有 ssao 用到
- Interleaved Gradient 是直接通过公式计算，在 shader 中动态生成，filament 中的 Dithering/SSR/TAA 都用到了
🔎 结论：效果上
Blue Noise会更自然，考虑到性能那Interleaved Gradient足够了，还不需要多一张纹理
模糊（Blur）
| 类型 | 特点 | 引擎支持 |
|---|---|---|
| Bilateral Blur | 保留边缘细节，质量更高 | Unity , Filament |
| Gaussian Blur | 简单快速，可能模糊边缘 | Unity |
| Kawase Blur | 快速近似，适合低端设备 | Unity |
- Unity URP
- Bilateral blur：三个 pass，前两个 pass 做水平+垂直处理，考虑了法线，最后一个 pass 再做细节修整
- Gaussian Blur：两个 pass，只关心像素平面（水平+垂直）偏移
- Kawase Blur：一个 pass，采样四个像素
🔎 结论：因为 blur 对性能影响最大，还是应该提供不同模糊质量设置，对比了下效果，Bilateral 和另外两者切换的时候效果会很明显，但是 Gaussian 和 Kawase 切换的时候视觉上不会有太大的变化
sample count
| 预设档位 | Unity URP (Samples) |
Filament (QualityLevel) |
说明 |
|---|---|---|---|
| Low | 4 | QualityLevel::LOW=7 | 合移动/低端设备，最低模糊精度 |
| Medium | 8 | QualityLevel::MEDIUM=11 | 推荐桌面中档，平衡效果与性能 |
| High | 12 | QualityLevel::HIGH:=16 | 适合高端平台，最平滑的遮蔽效果 |
- 越高的采样数量越密集，unity选择均匀的偶数主要是考虑对称，filament按照角度螺旋式递进采样，低质量选择奇数能避免可见条纹
编辑器配置对比
| 引擎 | 配置位置 | 特点 |
|---|---|---|
| Unreal | PostProcessVolume 内部 | 项目设置中默认打开环境光遮蔽，移动环境光遮蔽默认关闭 |
| Unity URP | Settings → Renderer → SSAO | 独立配置，并且不依赖 Post-processing 总开关 |
| Unity HDRP | SSAO 概念上属于 Lighting | SSAO 在全局默认开启，不依赖后处理 |
- 如果场景中添加多个相机，URP 中每个
Camera下 SSAO 都会生效，所有相机共享配置，但是不会产生叠加效果并且也没办法单独配置 - UNREAL 中每个
PostProcessVolume都可以独立配置 SSAO，根据PostProcessVolume顺序决定要哪个生效 - HDRP 中的 SSAO 在 Lighting 下，可以在全局默认配置中选择是否开启，但是 camera 下又能独立配置，camera的
Frame setting可以 override 全局的默认设置，但是camera的这个Frame setting只能选择ssao开和关，并不能单独设置参数，然后volume也可以add override添加ssao，这里就可以修改ssao的参数配置了，全局的volume和局部的volume均能配置，局部volume的ssao是：虽然可以修改参数，但是修改的其实是“全屏ssao的参数”，走到局部的盒子里，改的是当前局部盒子里的全屏ssao效果，然后volume下设置的效果是可以叠加的
整体结论
渲染流程设计（引擎侧）
-
Depth Pass（Opaque阶段产出）：
- 输入
cameraDepthTexture - 输出 Color Buffer
- 输入
-
🈚️ SSAO Pass：
- 输入：
depthTexture，normal（重建或采样） - 输出：SSAO Map
- 输入：
-
🈚️ SSAO Blur Pass：
- 输入：SSAO Map
- 输出：平滑的 AO 结果
-
PostProcess Pass：
- 包括 Bloom、ToneMapping 等，最终合成输出.....
配置（编辑器侧）
- 位置：将参数暴露于
Global PostProcess设置中，作为后处理的一部分 - 独立性：是否支持独立开启 SSAO，不依赖全局后处理开关