Попиксельное освещение
В компьютерной графике попиксельное освещение для каждого относится к любому методу освещения изображения или сцены, который рассчитывает освещенность пикселя визуализированного изображения. В этом отличие от других популярных методов освещения, таких как вершинное освещение , которое вычисляет освещенность в каждой вершине , 3D-модели а затем интерполирует полученные значения по граням модели для расчета окончательных значений цвета для каждого пикселя.
Попиксельное освещение обычно используется с такими методами, как смешивание , альфа-смешение , альфа-покрытие , сглаживание , фильтрация текстур , отсечение , определение скрытых поверхностей , Z-буферизация , буферизация трафарета , затенение , MIP -маппинг , наложение нормалей , рельеф. картографирование , отображение смещения , отображение параллакса , отображение теней , зеркальное отображение , объемы теней , рендеринг в широком динамическом диапазоне , окружающая окклюзия ( амбиентная окклюзия экранного пространства , направленная окклюзия экранного пространства , окружающая окклюзия с трассировкой лучей ), трассировка лучей , глобальное освещение , и тесселяция . Каждый из этих методов предоставляет некоторые дополнительные данные об освещаемой поверхности или сцене и источниках света, которые влияют на окончательный вид и ощущение поверхности.
Большинство современных движков видеоигр реализуют освещение с использованием попиксельных методов вместо вершинного освещения для достижения повышенной детализации и реализма. Движок id Tech 4 , использовавшийся при разработке таких игр, как Brink и Doom 3 , был одним из первых игровых движков, реализовавших полностью попиксельный движок затенения. Все версии CryENGINE , Frostbite Engine и Unreal Engine , среди прочих, также реализуют методы попиксельного затенения.
Отложенное затенение — это недавняя разработка в области попиксельного освещения, известная своим использованием в движке Frostbite Engine и Battlefield 3 . Методы отложенного затенения позволяют недорого визуализировать потенциально большое количество небольших источников света (другие подходы к попиксельному освещению требуют полноэкранных вычислений для каждого источника света в сцене, независимо от его размера). [1]
История [ править ]
Хотя только недавно персональные компьютеры и видеооборудование стали достаточно мощными, чтобы выполнять полное попиксельное затенение в приложениях реального времени, таких как игры, многие из основных концепций, используемых в моделях попиксельного освещения, существуют уже десятилетия.
Фрэнк Кроу опубликовал статью, описывающую теорию теневых объемов, в 1977 году. [2] Этот метод использует буфер трафарета для указания областей экрана, которые соответствуют поверхностям, лежащим в «теневом объеме», или форме, представляющей объем пространства, затмеваемый каким-либо объектом от источника света. Эти затененные области обычно закрашиваются после рендеринга сцены в буферы путем сохранения затененных областей в буфере трафарета.
Джим Блинн впервые представил идею отображения нормалей в статье SIGGRAPH 1978 года . [3] Блинн отметил, что более ранняя идея наложения текстур без освещения, предложенная Эдвином Кэтмаллом, была нереалистична для моделирования шероховатых поверхностей. Вместо наложения текстуры на объект для имитации шероховатости Блинн предложил метод расчета степени освещения, которую должна получить точка на поверхности, на основе установленного «возмущения» нормалей на поверхности.
Аппаратный рендеринг [ править ]
Приложения реального времени, такие как видеоигры , обычно реализуют попиксельное освещение с помощью пиксельных шейдеров , позволяя аппаратному обеспечению графического процессора обрабатывать эффект. Сцена, подлежащая рендерингу, сначала растрируется в несколько буферов, в которых хранятся различные типы данных, которые будут использоваться при рендеринге сцены, такие как глубина, направление нормали и диффузный цвет. Затем данные передаются в шейдер и используются для попиксельного расчета окончательного вида сцены.
Отложенное затенение — это метод попиксельного затенения, который недавно стал возможен в играх. [4] При отложенном затенении «g-буфер» используется для хранения всех терминов, необходимых для затенения финальной сцены на уровне пикселей. Формат этих данных варьируется от приложения к приложению в зависимости от желаемого эффекта и может включать в себя, среди прочего, нормальные данные, позиционные данные, зеркальные данные, диффузные данные, излучения карты и альбедо . Используя несколько целей рендеринга, все эти данные могут быть отображены в g-буфере за один проход, а шейдер может вычислить окончательный цвет каждого пикселя на основе данных из g-буфера в последнем «отложенном проходе».
Программный рендеринг [ править ]
Попиксельное освещение также выполняется в программном обеспечении многих высокопроизводительных коммерческих приложений рендеринга, которые обычно не выполняют рендеринг с интерактивной частотой кадров. Это называется автономным рендерингом или программным рендерингом . от NVidia программное обеспечение для рендеринга Mental Ray , которое интегрировано с такими пакетами, как Autodesk от Softimage Хорошо известным примером является .
См. также [ править ]
- Затенение Фонга
- Трафаретные теневые объемы
- Единое освещение и затенение
- Постепенно
- Растровое изображение
- Атлас текстур
- Глубина цвета
- Граничный объем
- Алгоритмы масштабирования пиксель-арта
Примечания [ править ]
- ^ «Прямой рендеринг против отложенного рендеринга» .
- ^ Кроу, Франклин С.: «Теневые алгоритмы для компьютерной графики», Компьютерная графика (SIGGRAPH '77 Proceedings) , том. 11, нет. 2, 242–248.
- ^ Блинн, Джеймс Ф. «Моделирование морщинистых поверхностей», Компьютерная графика (SIGGRAPH '78 Proceedings , том 12, № 3, 286-292.
- ^ Харгривз, Шон и Марк Харрис: «6800 лье под водой: отложенное затенение». Активы разработчика NVIDIA.