角落不该是那样的：关于屏幕空间环境光遮蔽

游戏开发者对屏幕空间环境光遮蔽（SSAO）情有独钟，甚至会做出疯狂之事。业余开发者截图中，凸角在角落附近更亮；专业开发者的游戏里，会出现怪异光晕和难看瑕疵。即便避免这些问题，采用 SSAO 的游戏画面仍不对劲，房间角落常异常黑暗。

作者认为，这是因为人们觉得房间角落本就暗，并据此编写代码，产生了不真实效果。具体而言，SSAO 在这些情况下失效，由四个因素导致：使用 SSAO 而非环境光遮蔽（AO）带来的近似误差；使用 AO 而非辐射度算法带来的近似误差；将 SSAO 暗化效果应用于所有光照而非仅环境光产生的误差；调优误差，即 AO 效果的启发式权重设置过强。

角落不该是那样的（大多数时候）

展示的都是照片，非渲染图。照片用佳能 5D Mk II 拍摄，导出为 JPEG 格式，曝光时间 1/80 秒到 1/8 秒不等。原始大尺寸 JPEG 图片在 Adobe Photoshop 中每个维度约缩小为原来的四分之一，缩小前用 Photoshop 中 16 像素宽的高斯模糊对色度通道进行模糊处理，以减少长曝光图片中的色度噪点。

一个显著变暗的角落

作者在公寓找到一个看似典型 SSAO 渲染效果的角落，但实际并非如此。墙壁（c）无法接收光线，墙壁（d）有较多光线照射。墙壁（d）左侧边缘变暗，主要是左上方屏幕外光线产生的柔和阴影，而非 AO。墙壁（b）和墙壁（c）之间左侧角落虽投下阴影，但因离光源近，阴影扩散成大片柔和影子。

墙壁（d）顶部边缘是阴影，因光源嵌入式，光线从凹槽反射，凹槽边缘使墙壁顶部无法接收光线。墙壁（c）右侧边缘以及天花板（a）靠近墙壁（d）边缘处的变暗效果，可能是朗伯点积引起的间接光照效果，被夸大了。墙壁（c）和天花板（a）之间的边缘，靠近时会变暗，但其变暗程度及是否为心理错觉有待确定。

相机可能无法真实感知，但至少我们能绘制图表

照片声称采用 sRGB 色彩空间，但转换后可能无法得到线性光值，存在复杂色调映射处理，难以确定照片反映现实的程度。不过可了解对照片的感知，通过查看边缘像素值并绘图，能直观看到边缘两侧表面靠近边缘时的变暗情况。

例如，对穿过（c）和（d）之间边缘的线采样绘图，左侧靠近边缘时光照变暗更快，右侧呈线性上升，边缘处有明显下降，原因不明。（a）和（d）之间边缘图表类似，（a）和（c）之间边缘效果更接近“现实世界的 AO”，靠近边缘处明显变暗，但程度降低，中心无下降。比较图表需谨慎，因线段透视缩短情况不同，图表会自动缩放。

没有明显柔和阴影的角落样本

展示一张包含三个角落的图片，分别分析左侧、中间、右侧角落。左侧角落唯一直射光来自左侧，现实中较暗，天花板靠近边缘稍变暗，墙壁仍亮。中间角落长曝光照片亮度适中，图表比预期平坦，很多变暗效果可能是马赫带效应。右侧角落主要是间接光照，后墙效果轻微，左侧墙壁和天花板效果明显，但因透视缩短被增强。

房子里最暗的房间

黑暗浴室边缘有一些变暗，但程度不大。放大近景拍摄后，查看具体数值，不同图表对比可能因线段在世界空间中长度不同导致差异。

更多角落

离光源近的角落，边缘亮度衰减部分是直射光衰减，无额外需 SSAO 模拟的边缘亮度衰减。当前打字位置上方的角落，不像糟糕的 AO 暗化效果，右侧墙壁因朝向光源更亮，左侧墙壁在显示器边界上方因另一盏灯阴影明显变暗，基本无角落变暗效果，只有左侧墙壁靠近天花板的线有明显变暗效果，但使用 AO 会让其他部分更不真实。

最后一件事

查看天花板和墙壁之间的边缘，光源在右侧，向左移动光线变暗，环境光影响增大。图表显示天花板边缘暗化效果增强，墙壁呈现相反效果。

我的观点

墙壁之间的凹边界处存在边缘暗化效果，但很微妙，只在某些情况下出现。只有相对表面因其他原因在边缘处明显变暗时，才会出现强烈边缘暗化效果，这可能并非 SSAO 所呈现的效果。

附录 A

给出根据点列表和图像文件名生成图表的代码。