泛光与镜头光晕

物理现象

• 眼睛中的光晕主要有光环 (halo) 和睫状冠 (ciliary corona)：光环由晶状体晶体结构的径向纤维造成，外缘偏红、内缘偏紫，视大小与光源距离无关；睫状冠来自晶状体密度起伏，表现为从一点放射出的光线，可能超出光环。
• 相机镜头内部反射/折射还会产生次级效果：光圈叶片造成多边形图案；挡风玻璃上的细小沟槽会拉出光条。
• 泛光：镜头和眼睛散射造成；摄像机中 CCD 电荷位饱和溢出到邻位也会产生。光环、冠和泛光统称眩光效果 (glare)。
• 相机技术进步（遮光罩、增透膜）使这些伪影越来越少，但现在常被数字化地加入照片；在影视和游戏中几乎成了陈词滥调，但巧妙使用能给出强烈视觉线索。

镜头光晕的实现

• 随光源变化：King 用一组不同纹理的方块，排在从屏幕上光源位置经过屏幕中心的直线上；光源远离中心时方块小而透明，靠近时变大变不透明。
• 遮挡衰减：
  • Maughan 用 GPU 计算屏幕上面光源的遮挡，生成单像素强度纹理衰减光晕；
  • Sekulic 把光源画成一个多边形，用遮挡查询得到可见像素数；为避免 GPU 等待 CPU 读回造成停顿，结果下一帧再用——亮度变化连续可预测，延迟一帧几乎察觉不到；
  • Gjøl 与 Svendsen 在光晕区域按螺旋模式采样深度缓冲 32 次，在绘制光晕几何的顶点着色器中完成，避免遮挡查询的延迟。
• 光条：画半透明公告板，或对亮像素做后处理滤波。《GTA V》用一组纹理公告板。Oat 用可导向滤波 (steerable filter)：沿给定方向累加纹素，在宽高各四分之一的降采样图上用乒乓缓冲做两遍即可得到可信光条。
• 基于图像处理：Mittring 提取亮部、降采样并模糊到多张纹理，再复制、缩放、镜像、着色后合成。任何亮部（高光、自发光、火花粒子）都能产生光晕，但美术无法单独控制每个光源的外观。
• 其他：Wronski 讨论 1950 年代电影设备带来的变形宽银幕光晕；Hullin 等追踪光线束为鬼影建立基于镜头设计的物理模型，可在精度与性能间权衡；Lee 与 Eisemann 用线性模型免去昂贵预处理。
• 《巫师 3》的太阳光晕：先用高对比度校正曲线分离出未遮挡的太阳部分，再以太阳为中心做一串径向模糊（每次作用于上一次输出，每遍样本少但结果平滑），全部在半分辨率下完成，最后加性合成到原图。

泛光的实现

主要流程如下图：

flowchart LR
  A["HDR 场景图像"] --> B["亮度通过滤波<br/>保留亮像素, 暗像素置黑"]
  B --> C["降采样到 1/2–1/8 并多级"]
  C --> D["可分离两遍模糊"]
  D --> E["缩放颜色后加到原图"]
  E --> F["色调映射"]

上图描述的是书中图 12.9 的组合：亮部提取并降采样、两遍模糊，再与原图相加并做色调映射。

• 模糊通常用高斯，但与参考照片对比发现分布更像尖峰形。
• 亮度通过 (bright-pass) 滤波在过渡点常有混合或缩放。只有少数小物体泛光时，可计算屏幕包围盒限制模糊和合成范围。
• 低分辨率（宽高的 1/2 到 1/8）既省时又放大滤波效果；多次降采样并从多级重采样，可以低成本得到更宽的模糊。注意单个亮像素在屏幕上移动时可能某些帧没被采样到而闪烁。
• 加性混合让颜色饱和直至变白，通常正是想要的；alpha 混合可给美术更多控制。
• 用 HDR 图像滤波代替阈值效果更好；也可分别计算低、高动态范围泛光再合成以表现不同现象；把上一帧结果加到当前帧，会让运动物体拖出辉光拖尾。

LearnOpenGL 的视角：MRT 提亮 + 分离高斯 + HDR 合成（Advanced Lighting / Bloom）

来源：Bloom；摘录 Advanced Lighting — Bloom。Bloom ≠ HDR，但 HDR 阈值更好调。

流程：场景写入双颜色附件（MRT：layout(location=0/1) + glDrawBuffers）→ 亮度 dot(rgb, 0.2126/0.7152/0.0722) 超阈值进亮缓冲 → ping-pong 分离高斯（水平/垂直交替，教程 5 抽头权重复多次）→ 亮模糊加到场景 HDR → 再曝光 tone map + gamma。

阈值可 >1（HDR）才不易把雪地等误判为全亮。模糊质量直接决定光晕观感；引擎侧可换更大核/多尺度（Epic 等）。与 后处理体积与效果（UE）同属提亮抽离+模糊族。