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‘渲染技术’ 分类的存档

3D游戏引擎相关的一些随笔(1)

2010年12月25日 没有评论

渲染状态排序机制方面,应该尽可能的包装所有的渲染状态,优化时会用到。可以对状态进行分类,对不同分类分别求hash,再对总体状态包求hash。进行状态排序的时候,首先用状态包的hash对比,如果不同再分部分对比hash。为了防止hash碰撞,可以同时使用两三个不同的hash方法,减少碰撞概率。暴雪对于文件包都敢用这种方法,对于容错度更高的渲染状态,又为何不可呢。

Technique -> Pass式的材质脚本系统被证明是非常有效的。Technique里可以添加一个属性来让程序能够找到需要的Technique。比如延迟渲染的时候,程序会自动找到有GBufferPass属性的Technique。这样便将前向渲染和延迟渲染统一起来。

延迟渲染不等于全部都用相同的材质,即便是延迟渲染,也有很多不同情况,比如有无边缘光、是否有Detail贴图、是否有Parallax Occlusion Mapping之类的。

Material中应该有两类参数,Shared的参数和Mutable的参数。对Shared参数进行赋值的时候,会影响到这个Material所有的实例。如果不想产生这种影响,则需要Break Instance,即克隆一个参数相同的材质,这么做会让材质失去与资源的联系。对于Mutable的参数,则是与每个Instance关联的,不会产生全局影响。大部分参数都是Shared的,比如普通的材质参数如高光强度、Diffuse贴图之类的。而通常一些由程序自动赋值的参数则应该是Mutable的,如LightMap相关参数、Shadow Map相关参数等等。

Shader模板概念挺好。可以通过一组宏参数来裁剪Shader,使Shader尽可能高效。不过Shader模板的宏参数应该和其他Material参数处于并列的地位,而不是更高。一个Shader应该对应一种材质,而不是多种材质。宏参数和值参数的区别应该被埋在底层。

在使用Shader模板的情况下,宏参数通常很多,要将所有的宏参数对应的Shader预编译出来是不可能的。因此Shader在其被使用到的时候才编译。然而,这样在运行时因为编译Shader而产生剧烈的“卡”的现象。因此引入ShaderCache机制,即将运行时编译的Shader储存下来,再以后启动的时候读入。另外,编译Shader的时候使用外部程序进行编译,然后适当使用代理模式,应该能解决“卡”的问题。

资源更新机制很重要。应该建立一套统一的资源更新机制,把符合条件的东西都纳入资源的范畴。被当做资源的条件如下:在外存中有其原始形式的数据存在;外存中的数据与某种运行时对象有对应关系;运行时对象的一部分数据可以通过外存中的数据进行更新而不影响其运作。因此资源可以使材质、贴图和模型等等。可以在运行时重载单个资源,而不用重新创建这个资源的运行时对象。

Shader的值参数应该通过变量名指定,而不是通过寄存器。对于引擎的使用者来说,指定寄存器编号是不友好的方式。

3D引擎总是需要一套基本的碰撞检测机制,比如射线、几何体、包围和之间的相交检测。

一个引擎的工具链中可能会有很多编辑器,像什么场景编辑器、角色编辑器、动画编辑器、特效编辑器等等。这些编辑器应该有一套统一的资源管理与更新机制。编辑器之间尽可能采用数据耦合,即通过文件监控与资源更新机制完成编辑器之间的配合。如角色编辑器对角色进行编辑以后保存,文件监控机制发现角色资源被修改,于是启动资源重导入流程,并且发送消息给场景编辑器要求其更新资源,场景编辑器更新资源。不要每个编辑器包含自己的文件更新机制,这样会出现资源导入逻辑不清晰的情况。简单说就是:资源监控系统对Asset进行“拉”(Asset导入)操作,并且把导入生成资源“推”到相应的编辑器中。

分类: 渲染技术, 独自研究, 碎碎念 标签:

sRGB与光照计算

2010年10月2日 没有评论

sRGB即HP和巨硬联合提出的色彩空间,即standard RGB(标准RGB)。

sRGB也是一种“加色”色彩空间,并且sRGB用红绿蓝三个分量来表示一个颜色,因此它是RGB色彩空间的一种。但sRGB从物理亮度上来说,不是“线性”的色彩空间。

为什么要制定一个数值与亮度不成线性关系的色彩空间呢?因为在LCD这样的显示设备出来前,计算机的主流输出设备是CRT显示器,当时大多数的相关从业者或者软件,都习惯于将图像不经颜色变换直接显示在屏幕上。而CRT接收到的信号强度与输出的亮度是不成线性关系的。sRGB就是以参照CRT输入信号与输出亮度的关系制定的色彩空间。sRGB标准的运用极广,比如LCD显示器,打印机等,虽然没有CRT那样的数值->亮度对应关系,还是同样使用sRGB作为其色彩表示方法。

可以做这样一个实验:打开mspaint,在左边画出一个RGB都等于127(128也行)的色块,在右边用RGB=0(黑)和RGB=255(白)两种颜色交叉排列画出同样面积的块。然后离开显示器一段距离观察,一般来说你会发现两个块的亮度是不同的。 为什么(0+255)/2的结果和127(128也行)差别这么大呢?

造成这样的现象的原因有2:1、sRGB的数值与物理亮度之间的关系是非线性的;2、物理亮度与人的视觉亮度之间的关系也是非线性的。第二条很复杂,事实上人眼对亮度的感知还与时间有关系…不过我们说的是光照计算,人眼感光是另外一件事情。

上面说到了,sRGB空间中的点的坐标值与物理亮度不线性相关。这意味着在计算光照的时候,简单的将两个sRGB空间中的颜色相加,得到的值并不是物理上亮度相加得到的结果,实际上要比真实情况更亮一点(如下图)。

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先将两个颜色变换到线性空间,然后相加,再将结果重新转换回sRGB空间,才能在显示器上得到正确的结果。(如下图)

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在渲染物体的时候,我们通常会使用Diffuse(漫反射)贴图。而Diffuse贴图通常是手绘或者通过照片处理得来。对于手绘的情况,由于一般绘图软件都使用sRGB色彩空间(Photoshop里面默认也是sRGB),所以我们得到的Diffuse贴图的颜色一般都是在sRGB空间的。对于照片处理的情况,由于一般的数码相机或者扫描仪同样适用sRGB色彩空间,因此得到的Diffuse贴图也是在sRGB色彩空间的。

因此,在计算光照之前我们理论上应该将它们转换到线性空间。但是由于早期的硬件性能低下,光照计算简单,离“照片级渲染”这样的目标十万八千里远,所以并没有对sRGB色彩进行特别的处理。

而现在的游戏光照更加复杂。例如进行HDR Tone Mapping的时候,如果不在线性空间计算光照,就可能得到错误的曝光结果。再例如,“次世代”游戏引擎中,Unreal Engine 3的镜面高光的品质为人称道。UE3的高光形状能够很好的随着形体表面(或者法线贴图)产生变化,并且高光贴图对色彩与亮度的控制力很好。高光在物体亮处不会立即爆掉,在暗处也不会显得暗淡无光。其实并没有什么玄妙的东西在里面,产生这样结果的原因有两点:1、UE3可以使用Phong高光,是将光线方向根据法线反射后,跟视线方向求点积得到的;2、UE3中基本上除了法线贴图以外,贴图在导入的时候都会被从sRGB空间转到线性空间,而在光照计算完成,会被转回到sRGB空间以供显示器正确显示。

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分类: 渲染技术 标签:
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