Декали не применяются к моделям из треугольников, что (в целом) и не нужно. Если же модель находится в листьях BSP-дерева, которые в данный момент не видны, все эти приготовления не производятся. Просто затекстурированные и освещённые полигоны — это всё пока что уровень Quake или Unreal. В более продвинутом программном рендеринге должно быть что-то ещё. Всё потому, что портальный алгоритм эффективно отсёк невидимую геометрию, из-за чего растеризатор не нарисовал много геометрии сверх необходимой. Подобный граф листьев и порталов позволяет вычислить очень важную информацию — видимость одних листьев BSP-дерева из других.

Кроме того, в таком подходе декаль может накладываться на криволинейные поверхности (из нескольких полигонов) и даже на углы. Также данный подход не имеет проблем с Z-fighting-ом, что является проблемой для многих игр с аппаратным рендерингом. Упомянутое выше нахождение листьев BSP-дерева, в которых находится объект, выполняется с помощью того же BSP-дерева. Ограничивающий параллелепипед объекта рекурсивно тестируется относительно плоскостей разбиения дерева. Если все вершины ограничивающего параллелепипеда лежат по одну сторону плоскости разбиения, поиск листьев уходит только в одну сторону, иначе — в обе. В конечном итоге для каждого объекта находится список листов BSP-дерева, в которых он находится, а для каждого листа — список объектов в нём.

Рендер

Различия между этими подходами помогают проиллюстрировать компромиссы при рендеринге в вебе через призму производительности. Если есть цель просто создать игру, то нынче нету причин не использовать аппаратный рендеринг, ибо даже самое слабое встроенное в процессор видеоядро покажет картинку лучшую, чем SquareWheel на более мощном процессоре. Чтобы не уронить кратно производительность при наличии динамических источников освещения, реализован ряд оптимизаций. Динамические источники света имеют конечный размер (что физически некорректно). Они размещаются в BSP-дереве, чтобы определить, какие источники света влияют на какие листья BSP-дерева и соответственно полигоны, расположенные в них.

• Например — выделять задачу на построение поверхности одного полигона — в целом нормально, ибо полигонов в кадре как правило всего несколько сотен, но вот делать parallel for по текселям — уже перебор.
• Приведенное выше изображение (оригинал) из теста Wings of Fury было снято с разрешением 1280×720 пикселей.
• Старая форма растеризации характеризуется тем, что примитив отображается как один цвет.
• На вход подаётся файл в формате .map, аналогичный таковому в Quake.
• Производительность программного рендеринга ожидаемо напрямую зависит от мощности процессора.

Для PanzerChasm я тоже написал программный рендеринг, пусть и не столь продвинутый. Первым звоночком конца эпохи программного рендеринга стал выход GLQuake — версии Quake, предназначенной для использования с 3D-ускорителями (3dfx Voodoo и прочими). После него другие игры тоже начали включать в себя поддержку 3D-ускорителей.

Передовые решения для рендеринга

Хотя методы, используемые для решения этих проблем, в совокупности известны как сглаживание (анти-алиасинг, сокращенно AA), в кино и 3D-играх они совершенно разные. Для последних по факту используется множество методов, имеющих самые разные названия. Но прежде, чем мы рассмотрим подробнее наиболее часто встречающиеся алгоритмы, давайте поговорим о разрешении и частоте кадров. Ведь если бы они всегда были сверхвысокими, то и не возникало бы никаких проблем.

Обычно, это является результатом действий пользователя, получения ответа на асинхронный запрос или публикацию при подписке (паттерн “pub/sub” — публикация/подписка или издатель/подписчик) на определенные данные. Первая версия DLSS требовала обучение глубокой нейронной сети на определенных играх. В них она сравнивала кадры низкого разрешения с кадрами очень высокого разрешения, в которых был включен SSAA. Текущая версия использует более обобщенную сеть и принимает рендеринг во внимание дополнительную информацию в виде векторов движения для определения, как должен выглядеть кадр, если он был отрендерен с более высоким разрешением. Окончательное смешивание пикселей текущих и из истории также может быть взвешено с использованием сравнительных значений цвета, яркости или скорости. Наконец, на финальной копии обновленного буфера истории можно использовать различные фильтры размытия, чтобы еще больше уменьшить гостинг изображения.

Паттерн: передача компонентов в виде пропов

Рендеринг — это процесс визуализации игрового 3D-объекта или сцены при помощи специальной компьютерной программы. Важно отметить, что в процессе рендеринга получают 2D-изображение или, другими словами, простую картинку. Он включает в себя рендеринг сцены с более высоким разрешением, чем заданная настройка, а затем сэмплинг и смешивание результата до меньшего числа пикселей. Например, монитор может быть иметь разрешение 1920×1080 пикселей, а игру можно настроить для рендеринга с разрешением 3840×2160, после чего происходит масштабирование обратно до меньшего разрешения и вывод результата на экран. Обычно в этом алгоритме используется метод ближайшего соседа, а математика смешивания является ни чем иным, как средним арифметическим сэмплов.

Текстурирование перспективно-корректно, для чего на каждый пиксель производится деление для вычисления корректных текстурных координат. Единственная, пожалуй, хитрость — это небольшая модификация производных текстурных координат при заливке полигона, дабы гарантировать невыход итоговых текстурных координат за границы текстуры. Достоинство данного метода над предрасчётом как в Quake состоит в том, что видимость более точная, а значит, в данном кадре рисуется в целом меньше геометрии. Ещё достоинство — в процессе определения видимости строится ограничивающий восьмиугольник, который можно использовать для отсечения полигонов листа BSP-дерева, что снижает площадь растеризации. Я написал программный рендеринг для Quake II с поддержкой цветного освещения.

Разделение данных и интерфейсов

Главная проблема программного рендеринга заключается в минимизации процессорного времени, требующегося для построения кадра, ибо мощность процессора сильно ограничена в сравнении с видеокартой. На видеокарту иногда можно отправить на отрисовку всю сцену (что, конечно, делать не стоит) и видеокарта даже сможет её как-то показать, если сложность геометрии и шейдеров несколько отстаёт от текущего уровня AAA игр. Это связано и похоже на «трассировку лучей», за исключением того, что передача обычно не «отражается» от поверхностей (где «трассировка лучей» указывает на то, что она отслеживает путь света, включая отскоки). Рейкастинг подразумевает, что луч света следует по прямому пути (который может включать в себя прохождение через полупрозрачные объекты). Рейкастинг – это вектор, который может исходить от камеры или от конечной точки сцены («от фронта назад» или «назад к фронту»). Иногда конечное значение освещения является производным от «передаточной функции», а иногда используется напрямую.

Поэтому то кеширование поверхностей в SquareWheel и не используется. Их использование позволяет придать полигонам видимый рельеф, зависящий от условий освещения. До распространения использования карт нормалей подобный рельеф зашивался в исходную текстуру (автоматически, или руками художника), что иногда давало нужный эффект, но не всегда органично смотрелось. Но в программном рендеринге такой способ широкого распространения не получил. Проблема в том, что в таком подходе сложность растеризации сильно вырастает, что ударяет по регистровым оптимизациям.

Итоговая производительность

Подход с сортировкой треугольников я считаю более подходящим для программного рендеринга. Он даёт возможность совсем отказаться от Z-buffer-а, заполнение которого и чтение которого рендеринг, мягко говоря, не ускоряют. Quake, например, использовал Z-buffer, который исходно заполнялся (но не читался) при рисовании геометрии уровня и заполнялся/читался при рисовании моделей. Для Quake это было особенно нелепо, ведь Z-buffer, служивший только для правильного рисования моделей, которые не занимали и 10% площади кадра, весил в два раза больше буфера цвета кадра (16 против 8 бит).

Когда происходит рендеринг?

Это позволяет избежать дополнительных проходов для получения данных и шаблонов на клиенте, так как это выполняется до того, как браузер получает ответ.. Под каждую небольшую задачу создавать отдельный поток — весьма накладно. Поэтому в SquareWheel используется пул потоков, который создаётся на старте. При этом важно ещё соблюдать баланс между распараллеливанием и атомизацией вычислительных задач. Например — выделять задачу на построение поверхности одного полигона — в целом нормально, ибо полигонов в кадре как правило всего несколько сотен, но вот делать parallel for по текселям — уже перебор. В целом, динамические источники освещения могут быть использованы для различных эффектов — светящихся снарядов (ракет, выстрелов BFG), дульных вспышек выстрелов, фонарика у игрока.