Рубрика «learnopengl.com»

OGL3

Физически-корректный рендеринг

PBR, или физически-корректный рендеринг (physically-based rendering) это набор техник визуализации, в основе которых лежит теория, довольно хорошо согласующаяся с реальной теорией распространения света. Поскольку целью PBR является физически достоверная имитация света, он выглядит гораздо более реалистичным по сравнению с использованными нами ранее моделями освещения Фонга и Блинна-Фонга. Он не только лучше выглядит, но и дает неплохое приближение к реальной физике, что позволяет нам (и в частности художникам) создавать материалы, основанные на физических свойствах поверхностей, не прибегая к дешевым трюкам дабы заставить освещение выглядеть реалистично. Главным преимуществом такого подхода является то, что создаваемые нами материалы будут выглядеть как задумано независимо от условий освещения, чего нельзя сказать о других, не PBR подходах.

Читать полностью »

Learn OpenGL. Урок 5.9 — Отложенный рендеринг - 1

В предыдущих статьях мы использовали прямое освещение (forward rendering или forward shading). Это простой подход, при котором мы рисуем объект с учётом всех источников света, потом рисуем следующий объект вместе с всем освещением на нём, и так для каждого объекта. Это достаточно просто понять и реализовать, но вместе с тем получается довольно медленно с точки зрения производительности: для каждого объекта придётся перебрать все источники света. Кроме того, прямое освещение работает неэффективно на сценах с большим количество перекрывающих друг друга объектов, так как большая часть вычислений пиксельного шейдера не пригодится и будет перезаписана значениями для более близких объектов.

Отложенное освещение или отложенный рендеринг (deferred shading или deferred rendering) обходит эту проблему и кардинально меняет то, как мы рисуем объекты. Это даёт новые возможности значительно оптимизировать сцены с большим количеством источников света, позволяя рисовать сотни и даже тысячи источников света с приемлемой скоростью. Ниже изображена сцена с 1847 точечными источниками света, нарисовання с помощью отложенного освещения (изображение предоставил Hannes Nevalainen). Что-то подобное было бы невозможно при прямом расчёте освещения:

img1

Читать полностью »

HDR

При записи во фреймбуфер значения яркости цветов приводятся к интервалу от 0.0 до 1.0. Из-за этой, на первый вгляд безобидной, особенности нам всегда приходится выбирать такие значения для освещения и цветов, чтобы они вписывались в это ограничение. Такой подход работает и даёт достойные результаты, но что случится, если мы встретим особенно яркую область с большим количеством ярких источников света, и суммарная яркость превысит 1.0? В результате все значения, большие чем 1.0, будут приведены к 1.0, что выглядит не очень красиво:

Learn OpenGL. Урок 5.7 — HDR - 1

Так как для большого количества фрагментов цветовые значения приведены к 1.0, получаются большие области изображения, залитые одним и тем же белым цветом, теряется значительное количество деталей изображения, и само изображение начинает выглядеть неестественно.

Решением данной проблемы может быть снижение яркости источников света, чтобы на сцене не было фрагментов ярче 1.0: это не лучшее решение, вынуждающее использовать нереалистичные значения освещения. Лучший подход заключается в том, чтобы разрешить значениям яркости временно превышать яркость 1.0 и на финальном шаге изменить цвета так, чтобы яркость вернулась к диапазону от 0.0 до 1.0, но без потери деталей изображения.

Дисплей компьютера способен показывать цвета с яркостью в диапазоне от 0.0 до 1.0, но у нас нет такого ограничения при расчёте освещения. Разрешая цветам фрагмента быть ярче единицы, мы получаем намного более высокий диапазон яркости для работы — HDR (high dynamic range). С использованием hdr яркие вещи выглядят яркими, тёмные вещи могут быть реально тёмными, и при этом мы будем видеть детали.

Читать полностью »

Learn OpenGL. Урок 5.3 — Карты теней - 1

Тень — это отсутствие света. Если лучи от источника света не попадают на объект, так как поглощаются другим объектом, то первый объект находится в тени. Тени добавляют реализма к изображению и дают увидеть взаимное расположение объектов. Благодаря ним сцена приобретает "глубину". Сравните следующие изображения сцены с тенями и без:

with_shadows_and_without

Как можно заметить, тени делают намного более очевидным то, как объекты расположены друг относительно друга. Благодаря теням видно, что один из кубов висит в воздухе.

Тени сложновато реализовать, особенно потому что реалтайм алгоритм для идеальных теней ещё не придуман. Существуют несколько хороших способов для приблизительного рассчёта теней, но они все имеют свои особенности, которые надо принимать во внимание.

Один из методов — карты теней (shadow maps) — относительно простой в реализации, используется в большинстве видеоигр и даёт достойные результаты. Карты теней не так уж и трудно понять, они довольно дёшевы с точки зрения производительности и их легко улучшить до более продвинутых алгоритмов (типа теней от точечного источника света или каскадных карт теней)

Читать полностью »

OGL3

Сглаживание

В своих изысканиях, посвященных трехмерному рендеру вы наверняка сталкивались с появлением пикселизованных зазубрин по краям отрисовываемых моделей. Эти отметины неизбежно появляются из-за принципа преобразования вершинных данных в экранные фрагменты растеризатором где-то в глубине пайплайна OpenGL. К примеру, даже на такой простой фигуре как куб уже заметны эти артефакты:

Learn OpenGL. Урок 4.11 — Сглаживание - 2

Беглый взгляд, возможно, и не заметит ничего, но стоит посмотреть внимательней и на гранях куба проявятся означенные зазубрины. Попробуем увеличить изображение:

Learn OpenGL. Урок 4.11 — Сглаживание - 3

Нет, это никуда не годится. Разве такое качество изображения хочется видеть в релизной версии своего приложения?
Читать полностью »

OGL3

Инстансинг

Представьте, что вы задумали сцену, содержащую огромное количество моделей объектов, причем преимущественно эти модели содержат одинаковые вершинные данные, разнятся только матрицы трансформации, примененные к ним. Например, сцена с травяным полем, где каждая былинка представлена маленькой моделью, составленной буквально из пары треугольников. Конечно же, для достижения нужного эффекта придется отрендерить эту модель не один раз, а тысячу, десять тысяч раз за кадр. Поскольку в каждом листике содержится буквально пара треугольников, то его рендер будет практически мгновенным. Но вот тысячи повторных вызовов функций рендера совокупно очень заметно ударят по производительности.
Читать полностью »

OGL3

Геометрический Шейдер

Между этапами выполнения вершинного и фрагментного шейдера есть опциональная стадия, предназначенная для выполнения геометрического шейдера. На входе у геометрического шейдера оказывается набор вершин, формирующих один из допустимых в OpenGL примитивов (точки, треугольники, …). В результате своей работы геометрический шейдер может преобразовать этот набор вершин по своему усмотрению, прежде чем передать его на следующую шейдерную стадию. При этом стоит отметить самую интересную особенность геометрического шейдера: в процессе своей работы набор входных вершин может быть преобразован к представлению совершенно иного примитива, а также может сгенерировать совершенно новые вершины на основе входных данных, увеличивая итоговое количество вершин.
Читать полностью »

OGL3

Смешивание цветов

Смешивание в OpenGL (да и других графических API, прим. пер.) является той техникой, которую обычно связывают с реализацией прозрачности объектов. Полупрозрачность объекта подразумевает, что он не залит одним сплошным цветом, а сочетает в себе в различных пропорциях оттенок своего материала с цветами объектов, находящихся позади. Как пример, можно взять цветное стекло в окне: у стекла есть свой оттенок, но в итоге мы наблюдаем смешение оттенка стекла и всего того, что видно за стеклом. Собственно, из этого поведения и возникает термин смешивание, поскольку мы наблюдаем итоговый цвет, являющийся смешением цветов отдельных объектов. Благодаря этому, мы можем видеть сквозь полупрозрачные объекты.

Читать полностью »

image

Как только, фрагментный шейдер обработал фрагмент, выполняется так называемый тест трафарета, который, как и тест глубины, может отбрасывать фрагменты. Затем оставшиеся фрагменты переходят к тесту глубины, который, может отбросить еще больше фрагментов. Трафаретный тест основан на содержимом еще одного буфера, называемого трафаретным буфером. Мы можем обновлять его во время рендеринга для достижения интересных эффектов.

Читать полностью »

OGL3

Буфер глубины

В уроке, посвящённом системам координат, мы выполнили рендер трехмерного контейнера с использованием буфера глубины, что позволило предотвратить ошибочный вывод граней, находящихся позади других. В этом уроке мы пристальнее взглянем на буфер глубины (или z-буфер) и хранимые в нем значения, а также узнаем как конкретно проходит проверка находится ли фрагмент позади других.

Читать полностью »