1 Summary
传统的光栅化管线着色（forward/deferred）是基于屏幕空间像素的着色过程，由于光栅化流水线作业的限制，shading rate完全由分辨率、几何复杂度、帧率控制。而本文提出的texel shading管线将着色转化为texture space的任务，并将着色结果cache在texture space，最终的着色通过采样cache完成。
基于texture space的着色将shading rate与分辨率、几何复杂度、帧率解耦，可以每像素调整shading rate，变得更加可控。同时texture space下对于时空复用类算法更加友好。概况地讲，texture space shading(TSS)的提出主要有如下动机：
- 可控的表面像素采样率。对于远处高光的小物体，相机的运动会导致非常不稳定的效果。例如，从正对着表面运动到grazing视角，表面变得更加高频，而采样率不足。TSS的着色受相机视角影响较小。
- 更加准确的帧间复用。不同的观察位置、角度下，相邻帧之间的表面像素的不匹配程度较高，例如可能处于不同的mip level。传统光栅化管线在时序上的复用难以考虑这一点，而TSS着色结果cache在texture space，时序连续性较高。
- 更加准确的空间复用。屏幕空间的像素之间暴露出incoherent性质，这对于空间复用很不友好。而texture space下，相邻像素往往满足世界空间的coherent。
2 Pipeline设计
texel shading的前提是使用某种参数化方式将场景的mesh统一到唯一的texture space下，即每一个surface point都具有唯一的texture坐标。这种参数化方式在TSS技术中也是一大问题，本文未做这方面的详细调研。texel shading管线共包含三个阶段：
- Shade Queuing：使用一个geometry pass来标记需要着色的texel tiles(8x8)，每个texel tile作为着色任务。再新增着色任务前会先查询cache中是否已存在。
- Shade Evaluation：compute shader中提取着色任务需要的顶点属性，并生成着色结果到cache texture中。
- Shade Gathering：再执行一次geometry pass，从cache texture中收集着色结果，得到最终屏幕着色。
2.1 预处理
为了能够在compute shader中得到几何信息，还需要在预处理阶段生成triangle index texture，即texture space下纹理坐标到triangle ID的映射。
实现设计：对整个texture space分辨率进行一次光栅化即可得到triangle index texture。
2.2 Shade Queuing
本阶段通过geometry pass为每个像素生成texel单位的shade任务，并选择合适的mip level。通过一张cache texture来缓存每个8x8 tile的状态，例如最近更新的帧数，可以控制tile的更新频率。8x8 tile的shade任务生成算法如下：
算法：geometry pass生成的texel任务(i, j, L)转为 8x8 tile任务(i/8. j/8, L-3)。一个L-3级别上的8x8 tile可以计算得到一个L的texel。
这里可以看出控制shading rate的方式有：
- tile的更新频率阈值（多少帧更新一次）
- texel的mip level越大，意味着越少数量的texel，一个texel可以覆盖多个像素，这适用于低频区域。
实现设计：
- geometry pass需要对带纹理坐标的几何进行光栅化，得到每个像素的纹理坐标、以及重心坐标。
- cache texture：从算法实现上看，cache
texture应该是N-3层级的贴图，给定shade texel(i, j,
L)，其在cache中的坐标为(i/8, j/8, L-3)。cache
texture的texel是对应tile的状态信息：
- 上一次更新的帧数
- bias配置：提高mip level来减少shade texel
- 如果在本阶段的geometry pass中计算的mip level向上取整，一个8x8 tile的着色可以在Shade Gathering阶段做到三线性插值。
2.3 Shade Evaluation
本阶段执行于compute shader，每个thread group执行一个8x8 tile。通过texel的纹理坐标从triangle index texture得到当前triangle ID，并根据此ID得到triangle数据。使用texel的重心坐标进行插值得到texel的顶点数据。之后便可以按照传统渲染的方式对texel着色。
2.4 Shade Gathering
此时，cache中已经有了屏幕着色需要的所有数据。再执行一次geometry pass得到对应level的texel着色。