Разработка приложения для визуализации трехмерных iен с использованием карт освещения и динамического освещения
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
личество кадров в секунду) или когда аппаратное обеспечение компьютера не удовлетворяет требованиям, например, не поддерживает шейдеры или, в случае Windows Vista, - Direct3D 10.
Конвейер рендеринга
Прежде чем готовая картинка оказывается на экране монитора, выполняется ряд определенных действий, которые можно условно разделить на подготовку к рендерингу и сам рендеринг.
На этапе подготовки к рендерингу игровой процессор определяет, какие объекты сейчас задействованы, какие модели они имеют, какие текстуры они используют, что с ними будет происходить дальше и где они находятся в мире. Игра также определяет местоположение камеры и ее направление. Далее игровой процессор передает информацию визуализатору.
Получив информацию о iене, графический движок должен приступить к, собственно, рендерингу iены. Конвейер рендеринга может несколько отличаться, в зависиости от используемого 3D API. Но в наиболее общем случае его можно представить следующим образом:
В случае моделей, визуализатор должен сначала оценить размер моделей и местоположение камеры, и затем определить, будет ли модель вообще присутствовать на экране, попадает ли она в поле зрения камеры, или она настолько удалена, что ее вообще не видно. Визуализатор может даже использовать некоторый способ описания мира для нахождения видимости модели.
Система визуализации мира определяет, где в мире находится камера, и какие секции / полигоны мира видны в поле зрения камеры. Все это можно осуществить различными способами оптимизации. Например, с помощью BSP деревьев, или метода порталов. Возможно комбинированное применение разных методов. Все полигоны, проходящие через тест отсечения лишней геометрии, передаются визуализатору полигонов.
Для каждого полигона, передавшегося на визуализатор, визуализатор осуществляет трансформацию полигона в соответствии с локальной математикой (то есть анимацией модели) и математикой мира (местоположения модели по отношению к камере). Затем полигоны исследуются на предмет наличия нелицевых полигонов (находящихся на невидимой стороне объекта). Нелицевые полигоны, опять же, отбрасываются. Оставшиеся полигоны освещаются в соответствии с действующими световыми источниками. Визуализатор затем определяет, какие текстуры полигон использует и удостоверяется, что API/видеокарта будет использовать те же текстуры для отображения. Затем полигоны направляются на API рендеринга и затем на видеокарту.
В результате получается сформированное изображение в буфере кадра видеокарты, которое затем отображается на мониторе.
От скорости прохождения конвейера рендеринга в большой степени зависит производительность высокотехнологических игр. Медленная скорость работы игры оказывает неприятное впечатление на общий игровой процесс. Поэтому повышение производительности графического движка является серьезной проблемой для разработчиков игр, и важно найти правильный баланс между производительностью и качеством графики. Для возможности запуска игры на разных конфигурациях персональных компьютеров (это не относится к игровым приставкам, т. к. технические возможности приставок определяются при их создании и не изменяются в течение всего цикла их жизни) разработчики должны оставить возможность самим пользователям определить уровень качества получаемой картинки. Соответственно возможность таких настроек должна быть предусмотрена при разработке графического движка
1.4Шейдерные эффекты
1.4.1О шейдерах
Шейдером в широком смысле называется программа для визуального определения поверхности объекта. Это может быть описание освещения, текстурирования, постобработки и т.п. Шейдеры выросли из работ Кука (Cook's shade trees [12]) и Перлина (Perlins pixel stream language). Программируемые шейдеры были впервые представлены в RenderMan компании Pixar, там определены несколько типов шейдеров: light source shaders, surface shaders, displacement shaders, volume shaders, imager shaders. Эти шейдеры чаще всего программно выполняются универсальными процессорами и не имеют полной аппаратной реализации. В дальнейшем, многие исследователи описывали похожие на RenderMan языки, но они уже были предназначены для аппаратного ускорения. Peercy сотоварищи разработали технику для того, чтобы программы iиклами и условиями выполнять на традиционных аппаратных архитектурах при помощи нескольких проходов рендеринга. Шейдеры RenderMan разбивались на несколько проходов, которые комбинировались во буфере кадра. Позднее появились языки, которые были аппаратно ускоренными в Direct X и OpenGL. Так шейдеры были адаптированы для графических приложений реального времени.
Видеочипы раннего времени не были программируемы и исполняли только заранее запрограммированные действия (fixed-function), например, алгоритм освещения был жестко зафиксирован в аппаратном обеспечении, где ничего нельзя было изменить. Затем, компании-производители видеочипов постепенно ввели в свои чипы элементы программируемости, сначала это были очень слабые возможности, которые не получили программной поддержки в Microsoft DirectX API, но со временем возможности постоянно расширялись.
Версия Shader Model 2.0 (SM2), появившись в DirectX 9, серьезно расширила возможности шейдеров реального времени, предложив более длинные и сложные шейдеры и заметно расширившийся набор команд. Была добавлена возможность расчетов с плавающей запятой в пиксельных шейдерах, что также стало важнейшим улучшением. DirectX 9, в лице возможностей SM2, также привнес и язык шейдеров высокого уровня - high-level shader language (H