Отложенное освещение и затенение

Отложенное освещение и затенение, отложенный рендеринг (англ. deferred shading) — программная техника (методика) в трёхмерной компьютерной графике, которая обрабатывает освещение и затенение визуальной сцены. В результате работы алгоритма отложенного освещения и затенения процесс вычисления разбивается на меньшие части, которые записываются в промежуточную буферную память и объединяются потом. Главным отличием отложенного освещения и затенения от стандартных методов освещения является то, что эти методы немедленно записывают результат работы шейдера во фреймбуфер цвета. Реализации в современных аппаратных средствах по обработке графики имеют тенденцию использовать множественные цели рендеринга (англ. multiple render targets — MRT) для избежания избыточных трансформаций вершин. Обычно, как только построены все необходимые буферы, они затем считываются (обычно как вводная текстура) из шейдерного алгоритма (например, уравнение освещения) и объединяются для создания результата. В этом случае вычислительная сложность и полоса пропускания памяти, необходимые для рендеринга сцены, уменьшаются до видимых частей, таким образом уменьшая сложность освещаемой сцены.

Первичным преимуществом отложенного рендеринга является совместимость с «грубым» и «ранним» тестированием Z-буфера, другие преимущества ещё не исследованы в должной степени. Эти преимущества могут включать более простое управление сложными ресурсами освещения, лёгкость управления другими сложными шейдерными ресурсами и упрощение программного конвейера визуализации.

Одним из ключевых недостатков техники отложенного рендеринга является неспособность обработать прозрачность в пределах алгоритма, хотя эта проблема является общей и для Z-буферизации; выходом из этой проблемы является задерживание и сортировка рендеринга прозрачных частей сцены[1]. Другое решение — использование вычислительных шейдеров Direct3D 11/OpenGL 4.3 для реализации алгоритма Order independent transparency.

Другим довольно важным недостатком отложенного рендеринга является несовместимость со сглаживанием. Так как стадия освещения отделена от стадии геометрии, то аппаратный анти-алиасинг не приводит к правильным результатам. Хотя первый проход, используемый при рендеринге базовых свойств (диффузная обработка, карта высот), может использовать сглаживание, к полному освещению сглаживание неприменимо. Одной из типичных методик для преодоления этого ограничения является метод выделения границ (en:edge detection) финального изображения и затем применения размытия к граням (границам)[2]. Однако этот недостаток был актуален для Direct3D 9. В более поздних версиях появилась возможность читать и писать отдельные семплы MSAA-текстур (Render targets — в Direct3D 10, буферы глубины — в Direct3D 10.1) Это позволило разработчикам реализовывать свои алгоритмы MSAA для отложенного освещения. Примерами игр с отложенным освещением и поддержкой MSAA являются Battlefield 3, Crysis 3, Grand Theft Auto V.

Методика отложенного рендеринга всё более часто используется в компьютерных играх, так как допускает использование неограниченного количества источников света и уменьшает сложность необходимых шейдерных инструкций. В частности, «Advanced Technology Group», команда специалистов компании Sony Computer Entertainment, исследовала эту область и помогает разработчикам встраивать эту технологию в графические движки. PhyreEngine, бесплатный графический движок разработки Sony Computer Entertainment, имеет поддержку отложенного освещения и затенения. Примерами игр, использующих отложенный рендеринг и разработку которых поддержала Sony Computer Entertainment, являются Killzone 2 разработки Guerrilla Games, LittleBigPlanet разработки Media Molecule и inFamous разработки Sucker Punch Productions. К играм, использующим отложенный рендеринг, но в разработке которых Sony не принимала участие, являются серия игр S.T.A.L.K.E.R. разработки GSC Game World, Dead Space разработки Electronic Arts[3] и Tabula Rasa разработки NCSoft[4]. Технология отложенного освещения и затенения используется в игровом движке CryEngine 3 разработки Crytek.

История

Идея отложенного освещения и затенения изначально была представлена Майклом Дирингом (en:Michael Deering) и его коллегами[5] в работе под названием «The triangle processor and normal vector shader: a VLSI system for high performance graphics», опубликованной в 1988 году[6]. Хотя в работе нигде не используется слово «отложенный», концепция, представленная там, только недавно нашла практическое применение в таких приложениях, как компьютерные игры[7].

Примечания
  1. NVIDIA SDK 9.51 - Featured Code Samples. NVIDIA (17 января 2007). Дата обращения: 28 марта 2007. Архивировано 29 марта 2012 года.
  2. Deferred shading tutorial (недоступная ссылка). Pontifical Catholic University of Rio de Janeiro. Дата обращения: 14 февраля 2008. Архивировано 29 марта 2012 года.
  3. Dead Space by Electronic Arts. NVIDIA. Дата обращения: 14 февраля 2008. Архивировано 29 марта 2012 года.
  4. Deferred shading in Tabula Rasa (недоступная ссылка). NVIDIA. Дата обращения: 14 февраля 2008. Архивировано 29 марта 2012 года.
  5. Deering, Michael; Stephanie Winner, Bic Schediwy, Chris Duffy, Neil Hunt. The triangle processor and normal vector shader: a VLSI system for high performance graphics (англ.) // ACM SIGGRAPH Computer Graphics : journal. — ACM Press. — Vol. 22, no. 4. — P. 21—30.
  6. Deferred Shading (PDF). NVIDIA. Дата обращения: 28 марта 2007. Архивировано 29 марта 2012 года.
  7. Klint, Josh. Deferred Rendering in Leadwerks Engine. — Leadwerks.

Ссылки
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.