1 Summary
本文基于object-space/texture-space shading管线，提出一种面向multi-viewers的云渲染的cache系统设计。对于effect中与视角无关的部分，通过转换为texture-space下的渲染任务，并且设计effect-based cache系统，使得不同viewers共享同一份effect中间数据。提出的effect-based cache系统共包含定义在物体表面的On-Surface Cache(OSC)与定义在grid上的World-Space Cache(WSC)两种策略，统一使用hash table的形式进行存储管理，但二者具有不同的hash key设计，包含实际数据的cache entry由具体的effect定义。作者为两种cache策略分别给出相应的具体effect应用，同时提出通过为不同的effect使用不同的bias配置来为低频effect选择低分辨率，减少内存开销。
2 Background
3 Pipeline设计
管线设计如图 Fig-1，首先为每个viewer执行visibility pass来决定那些cache entries会被使用到；然后对所有viewers的cache request进行整合更新，这一步可以执行在不同的GPU上；之后viewers再通过采样cache来着色帧；最后是后处理，将生成的图像插入到output stream。
想要被多个viewer复用，被cache的计算只能是视角无关的，同时作者提出基于effect的cache设计，可以为不同类型的渲染计算进行调整。经过对现代游戏引擎中的效果分析，作者提出两种类型的cache：on-surface cache，共享表面点上的计算；world-space cache，共享世界空间数据。
3.1 On-Surface Caches
On-Surface Cache(OSC)采用类似于[1]的管线。首先预处理阶段需要为mesh生成唯一表示的纹理空间。作者通过将一定数量的相连接的面片划分成island单位，每个island有独立的texture space，可以生成triangle lookup texture，即每个texel的triangle id。
对于cache texture的实现，尽管目前硬件支持virtual texture，但64KB的page大小对于本系统过大，因此作者采用软件实现的cache系统。本文采用的cache entity大小为8x8 texel block，texel的实际大小由具体effect定义。cache的访问采用hash形式，为此作者提出设计用于访问所有virtual textures的单个hash map。hash map中存储的是指向cache entity(实际数据)的hash entity，由如下部分组成：
- island index：32bit，用来标识island，island下是独立的texture space
- resolution：4bit，应该是mipmap level
- texel block coordinates：2x12bit，island下的8x8 texel block的纹理坐标。 因此可以最多表示 32kx32k的纹理空间（\(2^{12}*8=2^{15}=32k\)）
OSC pipeline主要由如图Fig-2中的五个阶段组成：
- Visibility：决定哪些cache entity会被用到以及去重cache request
- Cache Update Queuing：填充着色任务队列
- Triangle Lookup Rendering：
- Effect Update：cache更新
- Compositing：整合cache数据以及剩余的渲染计算生成最终渲染结果
3.1.1 Visibility
为每个viewer执行visibility pass生成所请求的cache entity，此外可以根据屏幕空间梯度以及每个effect的先验知识来调整cache entity的bias，提高目标mip level。例如空间低频的effect可以渲染的目标分辨率更低。
为每个texel block配置一个64bit mask，来标识block内哪些像素需要更新。对于每个surface point可能需要1、4、8个texel blocks，分别用于point、bilinear、trilinear采样。对于每个texel block都会查询hash table来判断是否已经map，如果没有map，则map一个空block。同时，每帧重置texel mask。通过这种方式，可以去除重复请求。
不是很清楚mip level如何工作的？似乎是降低的是texture space的分辨率，例如level 0的分辨率32kx32k，level 1的分辨率则为16kx16k。
unbiased情况是通过屏幕空间梯度计算的mip level达到pixel与texel一一对应；biased情况是手动为某些低频effect增大mip level，多个pixel对应一个texel。
3.1.2 Cache Update Queuing
本阶段的更新以texel block为单位进行，为每个效果创建一个cache update queue，用于存储texel block的更新请求。
3.2 World-Space Caches
Reference
[1] K. E. Hillesland and J. C. Yang. 2016. Texel Shading. In Proceedings of the 37th Annual Conference of the European Association for Computer Graphics: Short Papers (Lisbon, Portugal) (EG ’16). Eurographics Association, Goslar, DEU, 73–76.