屏幕空间反射

基本算法

• 已知着色点位置、视线和法线，沿反射视线逐步前进，把点投影到屏幕取 z-buffer 深度；若光线点比深度缓冲表示的几何更远，说明进入几何内部，记为命中，读取对应颜色。隐含假设被击中表面是朗伯的（常见近似，实践中很少成问题）。
• 世界空间等步长较粗糙，命中后可在有限距离内二分搜索精确定位。

屏幕空间 DDA 步进

McGuire 与 Mara 指出：透视投影下世界空间等步长在屏幕上分布不均，近处欠采样会漏掉命中，远处过采样重复读取同一像素。改为把光线起止点投影到屏幕，用画线的数字微分分析器 (DDA) 逐像素检查，精度均匀。透视投影下深度缓冲存的视空间深度倒数在屏幕上线性变化，可预先求其对屏幕 x、y 的导数，沿线线性插值直接与深度缓冲比较，无需每像素重建视空间深度。

光泽反射

• 基本形式只追踪一条光线，只能做镜面，而 PBR 管线更常需要光泽反射。
• 经验做法：仍只追踪反射方向一条光线，结果写入离屏缓冲，再用一系列滤波核（常结合降采样）生成不同模糊程度的反射缓冲，按 BRDF 瓣宽度选取。屏幕空间滤波不考虑不连续、表面朝向等，只是粗略近似，最后还要用启发式让它和其他镜面来源匹配，但效果可信。
• 随机 SSR (Stachowiak)：把 SSR 视为光线追踪做蒙特卡洛积分，按 BRDF 重要性采样随机发射光线；半分辨率、每像素 1–4 条光线。邻近像素共享交点：若从 $p_0$ 沿 $d_0$ 打到 $i_0$，假设从 $p_1$ 发出经过 $i_0$ 的光线也会无遮挡地打到 $i_0$，于是直接复用，只需按当前像素 BRDF 的概率密度调整其贡献。再加时间滤波，并把与场景无关的积分部分离线存进以 BRDF 参数索引的查找表。所需信息都在屏幕内时，可得到接近路径追踪参考的无噪结果（微表面模型特有的竖直拉伸）。

性能

• 反复、不连贯地读取深度缓冲，缓存利用差、等待内存造成停顿，需精心优化；通常降分辨率计算并用时间滤波补偿。
• 层次深度缓冲 (Uludag)：逐级 2×2 降采样，高层像素存四个子像素的最小深度。追踪时若在当前格未命中，前进到格边界并换到更粗一级；若命中，前进到命中点并换到更细一级；在最高分辨率命中时结束。长距离追踪不会漏掉特征又能大步前进，读取集中在局部邻域，缓存友好。

flowchart TD
  S["在当前层级测试所在格"] --> Q{"命中?"}
  Q -->|"否"| A["前进到格边界, 换更粗一级"] --> S
  Q -->|"是"| B{"已是最细层级?"}
  B -->|"否"| C["前进到命中点, 换更细一级"] --> S
  B -->|"是"| E["结束: 得到交点"]

上图即层次追踪循环：空区域大步跳过，接近表面时逐级细化。

• 不追踪的方案：Drobot 复用与反射代理的交点位置去查屏幕空间辐射亮度；Cichocki 假设平面反射体，反过来做全屏 pass，让每个像素把自己的值写到它应被反射到的位置。

局限与组合

• 光线常在命中前离开屏幕，或打到背面（没有光照信息），相邻像素的有效性也可能不同，需优雅处理；可用空间滤波部分填补空洞。
• 深度缓冲只有一层，不知道物体厚度，光线从表面背后穿过时无法判断是否命中。Cupisz 讨论了低成本缓解办法；Mara 等的深度 G-buffer 存多层数据。
• SSR 擅长平坦表面上附近物体的局部反射，显著提升实时镜面质量但不是完整方案。常见分层：SSR 为第一层 → 不可靠时退回局部反射探针 → 无探针区域用全局默认探针，得到一致、稳健、可信的间接镜面。