快速收敛的Stochastic Screen Space Reflections

Stochastic Screen Space Reflections 旨在屏幕空间反射时，加入重要性采样的思想，根据反射表面的粗糙度计算表面法线的概率分布，得到一个锥形分布的反射光线。

主流做法有两种，一个是使用原有法线抖动反射光线 Jitter Ray（如下左图），一个是根据粗糙度抖动法线，进而得到抖动的反射光线 Jitter normal（如下右图）。

更加符合物理规律的当然是Jitter Normal的做法，因为物体微表面本身就是粗糙的，根据概率得到法线的分布，进而得到反射的方向，这是一个很自然的想法。

但Jitter normal的做法有个坏处就是不容易收敛，UE4中glossy表面发射了4根光线来做追踪，配合它强大的TAA才让SSR收敛。

在AMD的SSSR示例里，他们更是夸张的使用了一个巨大的Denoise库，共计使用8xRT 约100MB显存（1080p）来做Denoise。

EA的做法是Jitter Ray，因此他们可以使用RayResue的做法来重用Ray。

我当然是想按照Jitter Normal来做，并且也想像EA一样使用RayReuse，实现之前参考了两个库：https://github.com/Polish-Miko/GravityEngine 和https://github.com/haolange/Unity_ScreenSpaceLighting_Old 。

不过按照他们的做法，1 Ray 4 Resolve或者 1Ray 9 Resolve无论如何都没办法在高粗糙度收敛：

下方是0.3 roughness：

下方是0.5 roughness：

下方是0.7 roughness：

无论如何我都是做了双边滤波和时域滤波的，噪点应该是可以去除的。

观察上方图片，发现噪点随着粗糙度的增加而逐渐增多。

为什么会这样呢？因为前两个库的双边滤波都是用的一个固定尺寸的3x3 Box。

随着粗糙度增加， H的分布应该会更加的发散：

如下图所示：

对于低粗糙度物体，sample Box可能覆盖超过法线分布的区域，最终双边滤波出来会出现Blur，而更加粗糙的物理，应该使用更加大的sample Box，否则Sample Box 没办法覆盖完整的区域面积，Temporal累积时总会漏掉其余部分的贡献，就很容易出现noise。

所以正确的做法应该是让双边的Box随着Roughness变化而变化，最好是呈现一个Cone形状：

这里面应该有一个最佳的公式，但是好像直接用 roughness 乘上一个常数就可以得到不错的效果了：