Вредоносное ПО (malware) - это назойливые или опасные программы,...
02Окт
Что такое Рендер (Рендеринг)
Рендер (Рендеринг) — это процесс создания финального изображения или последовательности из изображений на основе двухмерных или трехмерных данных. Данный процесс происходит с использованием компьютерных программ и зачастую сопровождается трудными техническими вычислениями, которые ложатся на вычислительные мощности компьютера или на отдельные его комплектующие части.
Процесс рендеринга так или иначе присутствует в разных сферах профессиональной деятельности, будь то киноиндустрия, индустрия видеоигр или же видеоблогинг. Зачастую, рендер является последним или предпоследним этапом в работе над проектом, после чего работа считается завершенной или же нуждается в небольшой постобработке. Также стоит отметить, что нередко рендером называют не сам процесс рендеринга, а скорее уже завершенный этап данного процесса или его итоговый результат.
слова «Рендер».
Слово Рендер (Рендеринг) — это англицизм, который зачастую переводится на русский язык словом “Визуализация ”.
Что такое Рендеринг в 3D?
Чаще всего, когда мы говорим о рендере, то имеем в виду рендеринг в 3D графике. Сразу стоит отметить, что на самом деле в 3D рендере нету трех измерений как таковых, которые мы зачастую можем увидеть в кинотеатре надев специальные очки. Приставка “3D” в название скорее говорит нам о способе создание рендера, который и использует 3-х мерные объекты, созданные в компьютерных программах для 3D моделирования. Проще говоря, в итоге мы все равно получаем 2D изображение или их последовательность (видео) которые создавались (рендерелись) на основе 3-х мерной модели или сцены.
Рендеринг — это один из самых сложных в техническом плане этапов в работе с 3D графикой. Чтоб объяснить эту операцию простым языком, можно привести аналогию с работами фотографов. Для того, чтоб фотография предстала во всей красе, фотографу нужно пройти через некоторые технические этапы, например, проявление пленки или печать на принтере. Примерно такими же техническими этапами и обременены 3d художники, которые для создания итогового изображения проходят этап настройки рендера и сам процесс рендеринга.
Построение изображения.
Как уже говорилось ранее, рендеринг — это один из самых сложных технических этапов, ведь во время рендеринга идут сложные математические вычисления, выполняемые движком рендера. На этом этапе, движок переводит математические данные о сцене в финальное 2D-изображение. Во время процесса идет преобразование 3d-геометрии, текстур и световых данных сцены в объединенную информацию о цветовом значение каждого пикселя в 2D изображение. Другими словами, движок на основе имеющихся у него данных, просчитывает то, каким цветом должен быть окрашено каждый пиксель изображения для получения комплексной, красивой и законченной картинки.
Основные типы рендеринга:
В глобальном плане, есть два основных типа рендеринга, главными отличиями которых является скорость, с которой просчитывается и финализируется изображение, а также качество картинки.
Что такое Рендеринг в реальном времени?
Рендеринг в реальном времени зачастую широко используется в игровой и интерактивной графике, где изображение должно просчитываться с максимально большой скоростью и выводиться в завершенном виде на дисплей монитора моментально.
Поскольку ключевым фактором в таком типе рендеринга есть интерактивность со стороны пользователя, то изображение приходится просчитывать без задержек и практически в реальном времени, так как невозможно точно предсказать поведение игрока и то, как он будет взаимодействовать с игровой или с интерактивной сценой. Для того, чтоб интерактивная сцена или игра работала плавно без рывков и медлительности, 3D движку приходится рендерить изображение со скоростью не менее 20-25 кадров в секунду. Если скорость рендера будет ниже 20 кадров, то пользователь будет чувствовать дискомфорт от сцены наблюдая рывки и замедленные движения.
Большую роль в создание плавного рендера в играх и интерактивных сценах играет процесс оптимизации. Для того, чтоб добиться желаемой скорости рендера, разработчики применяют разные уловки для снижения нагрузки на рендер движок, пытаясь снизить вынужденное количество просчетов. Сюда входит снижение качества 3д моделей и текстур, а также запись некоторой световой и рельефной информации в заранее запеченные текстурные карты. Также стоит отметить, что основная часть нагрузки при просчете рендера в реальном времени ложиться на специализированное графическое оборудование (видеокарту -GPU), что позволяет снизить нагрузку с центрального процессора (ЦП) и освободить его вычислительные мощности для других задач.
Что такое Предварительный рендер?
К предварительному рендеру прибегают тогда, когда скорость не стоит в приоритете, и нужды в интерактивности нет. Данный тип рендера используется чаще всего в киноиндустрии, в работе с анимацией и сложными визуальными эффектами, а также там, где нужен фотореализм и очень высокое качество картинки.
В отличие от Рендера в реальном времени, где основная нагрузка приходилась на графические карты(GPU) В предварительном рендере нагрузка ложится на центральный процессор(ЦП) а скорость рендера зависит от количества ядер, многопоточности и производительности процессора.
Нередко бывает, что время рендера одного кадра занимает несколько часов или даже несколько дней. В данном случаи 3D художникам практически не нужно прибегать к оптимизации, и они могут использовать 3D модели высочайшего качества, а также текстурные карты с очень большим разрешением. В итоге, картинка получается значительно лучше и фото-реалистичней по сравнению с рендером в реальном времени.
Программы для рендеринга.
Сейчас, на рынке присутствует большое количество рендеринг движков, которые отличаются между собой скоростью, качеством картинки и простотой использования.
Как правило, рендер движки являются встроенными в крупные 3D программы для работы с графикой и имеют огромный потенциал. Среди наиболее популярных 3D программ (пакетов) есть такой софт как:
- 3ds Max;
- Maya;
- Blender;
- Cinema 4d и др.
Многие из этих 3D пакетов имеют уже идущие в комплекте рендер движки. К примеру, рендер-движок Mental Ray присутствует в пакете 3Ds Max. Также, практически любой популярный рендер-движок, можно подключить к большинству известных 3d пакетов. Среди популярных рендер движков есть такие как:
- V-ray;
- Mental ray;
- Corona renderer и др.
Хотелось бы отметить, что хоть и процесс рендеринга имеет очень сложные математические просчеты, разработчики программ для 3D-рендеринга всячески пытаются избавить 3D-художников от работы со сложной математикой лежащей в основе рендер-программы. Они пытаются предоставить условно-простые для понимания параметрические настройки рендера, также материальные и осветительные наборы и библиотеки.
Многие рендер-движки сыскали славу в определенных сферах работы с 3д графикой. Так, например, “V-ray” имеет большую популярность у архитектурных визуализаторов, из-за наличия большого количества материалов для архитектурной визуализации и в целом, хорошего качества рендера.
Методы визуализации.
Большинство рендер движков использует три основных метода вычисления. Каждый из них имеет как свои преимущества, так и недостатки, но все три метода имеют право на своё применение в определенных ситуациях.
1. Scanline (сканлайн).
Сканлайн рендер — выбор тех, кто приоритет отдаст скорости, а не качеству. Именно за счет своей скорости, данный тип рендера зачастую используется в видеоиграх и интерактивных сценах, а также во вьюпортах различных 3D пакетов. При наличие современного видеоадаптера, данный тип рендера может выдавать стабильную и плавную картинку в реальном времени с частотой от 30 кадров в секунду и выше.
Алгоритм работы:
Вместо рендеринга «пикселя по пикселю», алгоритм функционирования «scanline» рендера заключается в том, что он определяет видимую поверхность в 3D графике, и работая по принципу «ряд за рядом», сперва сортирует нужные для рендера полигоны по высшей Y координате, что принадлежит данному полигону, после чего, каждый ряд изображения просчитывается за счет пересечения ряда с полигоном, который является ближайшим к камере. Полигоны, которые больше не являются видимыми, удаляются при переходе одного ряда к другому.
Преимущество данного алгоритма в том, что отсутствует необходимость передачи координат о каждой вершине с основной памяти в рабочую, а транслируются координаты только тех вершин, которые попадают в зону видимости и просчета.
2. Raytrace (рейтрейс).
Этот тип рендера создан для тех, кто хочет получить картинку с максимально качественной и детализированной прорисовкой. Рендеринг именно этого типа, имеет очень большую популярность у любителей фотореализма, и стоит отметить что не спроста. Довольно часто с помощью рейтрейс-рендеринга мы можем увидеть потрясающе реалистичные кадры природы и архитектуры, которые отличить от фотографии удастся не каждому, к тому же, нередко именно рейтрейс метод используют в работе над графиков в CG трейлерах или кино.
К сожалению, в угоду качеству, данный алгоритм рендеринга является очень медлительным и пока что не может использоваться в риал-тайм графике.
Алгоритм работы:
Идея Raytrace алгоритма заключается в том, что для каждого пикселя на условном экране, от камеры прослеживается один или несколько лучей до ближайшего трехмерного объекта. Затем луч света проходит определенное количество отскоков, в которые может входить отражения или преломления в зависимости от материалов сцены. Цвет каждого пикселя вычисляется алгоритмически на основе взаимодействия светового луча с объектами в его трассируемом пути.
Метод Raycasting.
Алгоритм работает на основе «бросания» лучей как будто с глаз наблюдателя, сквозь каждый пиксель экрана и нахождения ближайшего объекта, который преграждает путь такого луча. Использовав свойства объекта, его материала и освещения сцены, мы получаем нужный цвет пикселя.
Нередко бывает, что «метод трассировки лучей» (raytrace) путают с методом «бросания лучей» (raycasting). Но на самом деле, «raycasting» (метод бросания луча) фактически является упрощенным «raytrace» методом, в котором отсутствует дальнейшая обработка отбившихся или заломленных лучей, а просчитывается только первая поверхность на пути луча.
3. Radiosity.
Вместо «метода трассировки лучей», в данном методе просчет работает независимо от камеры и является объектно-ориентированным в отличие от метода «пиксель по пикселю». Основная функция “radiosity” заключается в том, чтобы более точно имитировать цвет поверхности путем учета непрямого освещения (отскок рассеянного света).
Преимуществами «radiosity» являются мягкие градуированные тени и цветовые отражения на объекте, идущие от соседних объектов с ярким окрасом.
Достаточно популярна практика использования метода Radiosity и Raytrace вместе для достижения максимально впечатляющих и фотореалистичных рендеров.
Что такое Рендеринг видео?
Иногда, выражение «рендерить» используют не только в работе с компьютерной 3D графикой, но и при работе с видеофайлами. Процесс рендеринга видео начинается тогда, когда пользователь видеоредактора закончил работу над видеофайлом, выставил все нужные ему параметры, звуковые дорожки и визуальные эффекты. По сути, все что осталось, это соединить все проделанное в один видеофайл. Этот процесс можно сравнить с работой программиста, когда он написал код, после чего все что осталось, это скомпилировать весь код в работающую программу.
Как и у 3D дизайнера, так и у пользователя видеоредактора, процесс рендеринга идет автоматически и без участия пользователя. Все что требуется, это задать некоторые параметры перед стартом.
Скорость рендеринга видео зависит от продолжительности и качества, которое требуется на выходе. В основном, большая часть просчета ложиться на мощность центрального процессора, поэтому, от его производительности и зависит скорость видео-рендеринга.
Категории: , / / отПривет всем! Сегодня очень интересная статья о тонкой настройке видеокарты для высокой производительности в компьютерных играх. Согласитесь друзья, что после установки драйвера видеокарты вы один раз открыли «Панель управления Nvidia» и увидев там незнакомые слова: DSR, шейдеры, CUDA, синхроимпульс, SSAA, FXAA и так далее, решили туда больше не лазить. Но тем не менее, разобраться во всём этом можно и даже нужно, ведь от данных настроек напрямую зависит производительность . Существует ошибочное мнение, что всё в этой мудрёной панели настроено правильно по умолчанию, к сожалению это далеко не так и опыты показывают, правильная настройка вознаграждается весомым увеличением кадровой частоты. Так что приготовьтесь, будем разбираться в потоковой оптимизации, анизотропной фильтрации и тройной буферизации. В итоге вы не пожалеете и вас будет ждать награда в виде увеличения FPS в играх.
Настройка видеокарты Nvidia для игр
Темпы развития игрового производства с каждым днем набирают все больше и больше оборотов, впрочем, как и курс основной денежной единицы в России, а поэтому актуальность оптимизации работы железа, софта и операционной системы резко повысилась. Держать своего стального жеребца в тонусе за счет постоянных финансовых вливаний не всегда удается, поэтому мы с вами сегодня и поговорим о повышении быстродействия видеокарты за счет ее детальной настройки. В своих статьях я неоднократно писал о важности установки видеодрайвера, поэтому , думаю, можно пропустить. Я уверен, все вы прекрасно знаете, как это делать, и у всех вас он давно уже установлен.
Итак, для того, чтобы попасть в меню управления видеодрайвером, кликайте правой кнопкой мыши по любому месту на рабочем столе и выбирайте в открывшемся меню «Панель управления Nvidia».
После чего, в открывшемся окне переходите во вкладку «Управление параметрами 3D».
Здесь мы с вами и будем настраивать различные параметры, влияющие на отображение 3D картинки в играх. Не трудно понять, что для получения максимальной производительности видеокарты придется сильно порезать изображение в плане качества, так что будьте к этому готовы.
Итак, первый пункт «CUDA – графические процессоры ». Здесь представлен список видеопроцессоров, один из которых вы можете выбрать, и он будет использоваться приложениями CUDA. CUDA (Compute Unified Device Architecture) – это архитектура параллельных вычислений использующаяся всеми современными графическими процессорами для увеличения вычислительной производительности.
Следующий пункт «DSR - Плавность » мы пропускаем, потому что он является частью настройки пункта "DSR - Степень”, а его в свою очередь нужно отключать и сейчас я объясню почему.
DSR (Dynamic Super Resolution) – технология позволяющая рассчитывать картинку в играх в более высоком разрешении, а затем масштабирующая полученный результат до разрешения вашего монитора. Для того чтобы вы поняли для чего эта технология вообще была придумана и почему она не нужна нам для получения максимальной производительности, я попробую привести пример. Наверняка вы часто замечали в играх, что мелкие детали, такие как трава и листва очень часто мерцают или рябят при движении. Связано это с тем, что, чем меньше разрешение, тем меньше число точек выборки для отображения мелких деталей. Технология DSR позволяет это исправить за счет увеличения числа точек (чем больше разрешение, тем больше число точек выборки). Надеюсь, так будет понятно. В условиях максимальной производительности эта технология нам не интересна так, как затрачивает довольно много системных ресурсов. Ну а с отключенной технологией DSR, настройка плавности, о которой я писал чуть выше, становится невозможна. В общем, отключаем и идем дальше.
Далее идет анизотропная фильтрация . Анизотропная фильтрация – алгоритм компьютерной графики, созданный для улучшения качества текстур, находящихся под наклоном относительно камеры. То есть при использовании данной технологии текстуры в играх становятся более четкие. Если сравнивать антизотропную фильтрацию со своими предшественниками, а именно с билинейной и трилинейной фильтрациями, то анизотропная является самой прожорливой с точки зрения потребления памяти видеокарты. Данный пункт имеется только одну настройку – выбор коэффициента фильтрации. Не трудно догадаться, что данную функцию необходимо отключать.
Следующий пункт – вертикальный синхроимпульс . Это синхронизация изображения с частотой развертки монитора. Если включить данный параметр, то можно добиться максимально плавного геймплея (убираются разрывы изображения при резких поворотах камеры), однако зачастую возникают просадки кадров ниже частоты развертки монитора. Для получения максимального количества кадров в секунду данный параметр лучше отключить.
Заранее подготовленные кадры виртуальной реальности . Функция для очков виртуальной реальности нам не интересна, так как VR еще далека до повседневного использования обычных геймеров. Оставляем по умолчанию – использовать настройку 3D приложения.
Затенение фонового освещения . Делает сцены более реалистичными за счет смягчения интенсивности окружающего освещения поверхностей, которые затенены находящимися рядом объектами. Функция работает не во всех играх и очень требовательна к ресурсам. Поэтому сносим ее к цифровой матери.
Кэширование шейдеров . При включении данной функции центральный процессор сохраняет скомпилированные для графического процессора шейдеры на диск. Если этот шейдер понадобится еще раз, то GPU возьмет его прямо с диска, не заставляя CPU проводить повторную компиляцию данного шейдера. Не трудно догадаться, что если отключить этот параметр, то производительность упадет.
Максимальное количество заранее подготовленных кадров . Количество кадров, которое может подготовить ЦП перед их обработкой графическим процессором. Чем выше значение, тем лучше.
Многокадровое сглаживание (MFAA) . Одна из технологий сглаживания используемая для устранения "зубчатости” на краях изображений. Любая технология сглаживания (SSAA, FXAA) очень требовательна к графическому процессору (вопрос лишь в степени прожорливости). Выключаем.
Потоковая оптимизация . Благодаря включению этой функции приложение может задействовать сразу несколько ЦП. В случае, если старое приложение работает некорректно попробуй поставить режим "Авто” или же вовсе отключить эту функцию.
Режим управления электропитанием . Возможно два варианта – адаптивный режим и режим максимальной производительности. Во время адаптивного режима энергопотребление зависит напрямую от степени загрузки ГП. Этот режим в основном нужен для снижения энергопотребления. Во время режима максимальной производительности, как не трудно догадаться, поддерживается максимально возможный уровень производительности и энергопотребления независимо от степени загрузки ГП. Ставим второй.
Сглаживание – FXAA, Сглаживание – гамма-коррекция, Сглаживание – параметры, Сглаживание – прозрачность, Сглаживание - режим . Про сглаживание я уже писал чуть выше. Выключаем всё.
Тройная буферизация . Разновидность двойной буферизации; метод вывода изображения, позволяющий избежать или уменьшить количество артефактов (искажение изображения). Если говорить простыми словами, то увеличивает производительность. НО! Работает эта штука только в паре с вертикальной синхронизацией, которую, как вы помните, мы до этого отключили. Поэтому этот параметр тоже отключаем, он для нас бесполезен.
Производительность любой видеокарты можно увеличить не только изменением аппаратной части, но и программной. В первом случае речь идет о ее разгоне, однако это может плохо закончиться для самой карты. Поэтому изменение программного обеспечения как является самым оптимальным вариантом. Он позволяет "безболезненно" для чипа повысить его производительность. Но перед тем как настроить видеокарту Nvidia, нужно точно узнать ее модель.
Определение модели графики
Определить модель используемой в системе видеокарты можно разными способами. Самый простой из них:
- Кликам по рабочему столу правой кнопкой мышки, выбираем самый нижний пункт "Разрешение экрана".
- Жмем на "Дополнительные параметры".
- В появившемся окне будет выведена информация о видеокарте. Вкладка "Адаптер" покажет название модели.
Также точно определить модель позволит программа Aida64. Она распространяется платно в интернете, но есть и бесплатная версия с урезанными функциями. Нам бесплатная версия вполне подойдет. Скачайте ее с официального сайта и установите. Запустите, и во вкладке "Графический процессор" будет указана модель вашей карты.
Установка правильного драйвера
Перед тем как настроить видеокарту Nvidia, обязательно нужно установить соответствующий драйвер. Мы узнали модель нашей графики, поэтому теперь сможем скачать для нее нужный драйвер. Обязательно качать его нужно с официального сайта. Где, выбрав раздел "Поддержка", необходимо кликнуть на "Драйверы". Там нужно указать "Тип продукта" (в нашем случае GeForce), операционную систему, а также серию и семейство. Все это мы знаем из названия видеокарты, которое только что определили.
Скачиваете драйвер и устанавливаете его - в этом нет ничего сложного. Как минимум, если ранее стоял неправильный или устаревший драйвер, то новое программное обеспечение уже может повысить производительность вашей графики.
Как настроить драйверы видеокарты Nvidia?
С установкой нового драйвера автоматически устанавливается программа настройки. Там мы можем изменять параметры, выбирать режим работы видеокарты в играх или при просмотре видео и т. д. И если не знаете, как правильно настроить видеокарту Nvidia, то эта программа обязательно поможет.
Обычно центр управления Nvidia открывается с рабочего стола. Жмем правой кнопкой по рабочему столу и выбираем "Панель управления Nvidia". Там нам необходимо выбрать пункт "Управление 3D-параметрами". В этом разделе находятся ключевые такие как фильтрация текстур, буферизация, синхронизация и т. д.
Анизотропная оптимизация
Самый первый параметр называется "Анизотропная оптимизация", и при его активации повышается четкость 3D-объектов. Чем выше будет значение фильтрации, тем будет выше четкость объектов в приложении 3D (игре), однако это будет требовать немного больше ресурсов графики. Обычно данный параметр настраивается в самой игре, однако можно его отключить в настройках видеокарты, и тогда он будет игнорироваться в играх.
Стоит отметить, что фильтрация текстур хоть и оказывает влияние на производительность, но небольшое. Другие параметры влияют сильнее.
Фильтрации и оптимизации
Трилинейная оптимизация - эту опцию нужно установить на значение "Выкл". Ее выключение позволяет драйверу понижать качество трилинейной фильтрации, и это оказывает хорошее влияние на увеличение производительности. Данная фильтрация представляет собой более совершенный вариант билинейной. Но отключение этой опции скажется на визуальной составляющей игры или другого 3D-приложения.
Также обращаем внимание на опцию Она имеет настройку: 2x, 4x, 8x, 16x. Чем выше будет значение, тем более естественно будут выглядеть текстуры в игре. Но, как уже поняли, более высокое значение предполагает больший ресурс графики.
Тройная буферизация - одна из разновидности двойной буферизации. Технология позволяет избежать или, как минимум, уменьшить количество артефактов графики. Стоит установить значение этого параметра на "Выкл", чтобы слегка увеличить производительность.
В опции "Фильтрация текстур" будут доступны варианты выбора "Качество" и "Производительность". Выбираем "Производительность" - это снизит качество фильтрации текстур, но прибавит в скорости обработки.
Это самые основные настройки, которые позволяют добиться более высокой скорости обработки данных видеокартой. Есть и второстепенные:
- Вертикальный синхроимпульс - выбираем значение "Адаптивный".
- PhysX - ЦП.
- Управление электропитанием - выбираем режим для максимальной производительности.
- Сглаживание - выключено.
- Потоковая оптимизация - включено.
После того как настроить производительность видеокарты Nvidia удалось, все изменения нужно сохранить. Сразу отметим, что на разных моделях видеокарт эти настройки могут называться или выглядеть немного по-разному, также количество опций для выборки может быть больше или меньше. Однако идея в целом заключается в том, чтобы отключить указанные выше технологии.
Заключение
Да, качество картинки в играх сильно упадет, но чем-то приходится жертвовать. Пользователи, которые знают, как настроить видеокарту Nvidia GeForce, никогда не отрубают все опции сразу. И вы тоже сразу не отключайте все указанные выше параметры. Испытывайте их по одному и смотрите, насколько сильно поднимается FPS в игре, исчезают ли "фризы" и "тормоза". Если после отключения двух-трех параметров вы сможете добиться нормальной работы игры без зависаний, то отключать остальные параметры в ущерб графике не стоит.
Теперь вы знаете, как правильно настроить видеокарту Nvidia, и сможете это сделать самостоятельно.
- Перевод
Привет, меня зовут Тони Элбрект (Tony Albrecht), я один из разработчиков новой команды Render Strike Team под управлением Sustainability Initiative в League of Legends . Моей команде поручили внести усовершенствования в движок рендеринга LoL , и мы с радостью принялись за работу. В этой статье я расскажу, как движок работает сейчас . Надеюсь, она заложит хороший фундамент, на основании которого я позже смогу рассказывать об вносимых нами изменениях. Эта статья станет для меня хорошим предлогом самому поэтапно изучить процесс рендеринга, чтобы мы, как команда, полностью понимали, что же происходит внутри.
Я подробно объясню, как LoL
выстраивает и отображает каждый отдельный кадр игры (не забывайте, что на самых мощных машинах это происходит более 100 в секунду). Рассказ в основном будет техническим, но я надеюсь, что его легко будет усвоить даже тем, кто не имеет опыта в рендеринге. Для ясности я пропущу некоторые сложные моменты, но если вы захотите узнать подробности, то напишите об этом в комментариях [к оригиналу статьи].
Сначала я немного расскажу об имеющихся у нас графических библиотеках. League
должна работать как можно эффективнее на широком диапазоне платформ. На самом деле, сейчас Windows XP является четвёртой по популярности версией ОС, в которой запускают игру (популярнее только Windows 7, 10 и 8). На Windows XP ежемесячно играют в десять миллионов сессий игры, поэтому для сохранения обратной совместимости нам нужно поддерживать DirectX 9 и приходится использовать только функции, которые он предоставляет. Также мы используем сопоставимый набор функций OpenGL 1.5 на машинах с OS X (скоро положение изменится).
Итак, давайте приступим! Для начала мы узнаем, как же компьютеры на самом деле отрисовывают изображения.
Рендеринг для начинающих
В большинстве компьютеров есть ЦП (центральный процессор) и ГП (графический процессор). ЦП выполняет логику и вычисления игры, а ГП получает данные треугольников и текстур от ЦП и отображает их на экране как пиксели. Небольшие программы ГП, называемые шейдерами, позволяют влиять на способ выполнения рендеринга. Например, можно изменить способ наложения текстур на треугольники или дать ГП команду выполнять расчёты для каждого тексела в текстуре. Таким образом, мы можем просто накладывать текстуру на треугольник, добавлять или умножать несколько текстур на треугольнике, или выполнять более сложные процессы, такие как рельефное текстурирование, расчёт освещения, отражений или даже высокореалистичных шейдеров кожи . Все видимые объекты рисуются в неотображаемом буфере кадра, который отображается только после завершения всего рендеринга.Давайте рассмотрим пример. Вот изображение Гарена (Garen), состоящее из 6 336 треугольников, составляющих «проволочный» каркас и сплошную бестекстурную модель. Эта модель создана нашими художниками и экспортирована в формат, который движок League может загружать и анимировать. (Заметьте, что у Гарена неплоское затенение: это ограничение приложения, используемого для исследования рендеринга).
Эта модель без текстуры не только скучная, но и не отображает узнаваемого Гарена. Чтобы вдохнуть в Гарена жизнь, нужно нанести текстуру.
Перед загрузкой текстуры Гарена хранятся на диске в виде файлов DDS или TGA, которые сами по себе выглядят как сцена из ужастика. После правильного наложения на модель у нас получится вот такой результат:
У нас уже начинает что-то получаться. Шейдер, рендерящий наши сетки со скиннингом, не просто наносит текстуру, но мы рассмотрим это позже.
Это были основы, но LoL нужно рендерить гораздо больше, чем модель и текстуру персонажа. Давайте рассмотрим этапы, составляющие рендеринг следующей сцены:
Этап рендеринга 0: туман войны
Прежде чем начинать прорисовку частей сцены, нужно сначала подготовить туман войны и тени (у-у-у, «туман и тени», как зловеще!). Туман войны хранится центральным процессором как сетка размером 128x128, которая потом масштабируется до квадратной текстуры 512x512 (подробнее об этом можно почитать в статье «A Story of Fog and War»). Затем мы размываем эту текстуру и наносим её для затемнения соответствующих областей игры и мини-карты.
Этап рендеринга 1: тени
Тени - неотъемлемая часть 3D-сцены. Без них объекты будут казаться плоскими. Для создания теней, которые выглядят, как отбрасываемые миньоном или чемпионом, нам нужно рендерить их из точки источника света. Расстояние от источника света до отбрасывающего тень персонажа хранится для каждого пикселя в компонентах RGB, и мы обнуляем компонент альфа-прозрачности. Это можно увидеть ниже. Слева у нас есть поле высоты теней в RGB осаждаемой башни, миньонов и двух чемпионов. Справа у нас есть только компонент альфа-прозрачности. Эти текстуры обрезаны для более чёткого отображения деталей теней - миньоны внизу, башня и чемпионы - наверху.
В конце мы размываем тени, чтобы придать им красивую плавную границу (вместе с недавно добавленной оптимизацией , повышающей частоту кадров). В результате мы получаем текстуру, которую можно наложить на статичную геометрию для получения эффекта теней.
Этап рендеринга 2: статичная геометрия
Имея подготовленные текстуры тумана войны и теней, мы начинаем отрисовывать в кадре остальную часть сцены. В первую очередь статичную геометрию (она называется так, потому что неподвижна). Эта геометрия сочетает информацию тумана войны и теней со своей основной текстурой, что даёт нам следующую сцену:
Заметьте, что тени миньонов и туман войны заползают на края сцены. Рендерер Ущелья призывателей (Summoner"s Rift) не рендерит динамических теней для статичной геометрии. Поскольку основной источник света не перемещается, мы запекаем тени статичных сеток на их текстурах. Это даёт художникам больше контроля над внешним видом карты, а также позволяет повысить производительность (не требуется рендеринг теней статичных сеток). Тени отбрасывают только миньоны, башни и чемпионы.
Этап рендеринга 3: сетки со скиннингом
Итак, у нас есть рельеф и тени, поэтому мы можем начать накладывать на них объекты. Сначала накладываются миньоны, чемпионы и башни, т.е. все объекты с подвижными шарнирами, которые должны реалистично двигаться.
Каждая анимированная сетка состоит из скелета (каркаса из иерархически соединённых костей) и из сетки треугольников (см. выше изображение Гарена). Каждая вершина каждого треугольника привязана к одной-четырём костям, поэтому при перемещении костей вершины перемещаются с ними как кожа (skin). Поэтому их называют «сетками со скиннингом». Наши талантливые художники создают анимации и сетки для всех объектов, а потом экспортируют их в формат, который загружается в League при запуске игры.
На изображениях выше показаны все кости сетки Гарена. На изображении слева показаны все его кости (с названиями). На изображении справа голубым показаны выбранные вершины, а жёлтыми линиями показаны связи с костями, управляющие их положением.
Шейдеры сеток со скиннингом не просто рисуют сетки со скиннингом в буфер кадра, они также рендерят в другой буфер их отмасштабированную глубину, которую мы позже используем для отрисовки контуров. Кроме того, шейдеры скиннинга выполняют расчёт отражений Френеля, излучаемого освещения, вычисляют отражения и изменяют освещение для тумана войны.
Этап рендеринга 4: контуры (очерчивание)
По умолчанию очерчивание для сеток со скиннингом включено, что обеспечивает более чёткие контуры. Это позволяет выделить сетки со скиннингом на фоне, особенно в областях с низким контрастом. На изображениях ниже очерчивание отключено (слева) и включено (справа).
Контуры создаются получением отмасштабированной глубины из предыдущего этапа и её обработкой оператором Собеля для извлечения грани, которую мы рендерим на сетке со скиннингом. Эта операция выполняется отдельно для каждой сетки. Также существует метод возврата, использующий буфер шаблонов для графических процессоров, которые не могут выполнять рендеринг нескольких объектов одновременно.
Этап рендеринга 5: трава
Чтобы определить, что задействуется при рендеринге воды и травы, давайте посмотрим на другую сцену.Вот кадр без воды и травы, просто статичная фоновая геометрия и несколько сеток со скиннингом.
Заметьте, что тени травы уже являются частью текстуры статичного рельефа и не рендерятся динамически. Затем мы добавляем траву:
Пучки травы на самом деле являются сетками со скиннингом. Это позволяет нам анимировать их при прохождении по ним персонажей и придать приятное колыхание от ветерка в Ущелье призывателей.
Этап рендеринга 6: вода
После травы мы рендерим воду с помощью полупрозрачных сеток со слегка анимированными текстурами воды. Затем мы добавляем листья кувшинок, рябь вокруг камней и у берега, насекомых. Все эти объекты анимированы, чтобы внести в сцену ощущение жизни.Для усиления эффекта воды (он может быть слишком слабым) я сохранил прозрачность воды и проигнорировал геометрию под ней. Это подчеркнуло эффекты воды, чтобы мы могли лучше учитывать их в анализе.
Выделив всю рябь как «проволочные» каркасы, мы получим:
Теперь мы чётко можем видеть эффекты воды по берегам реки, а также вокруг камней и кувшинок.
При нормальном рендеринге и анимации вода выглядит следующим образом:
Этап рендеринга 7: декали
После наложения травы и воды мы добавляем декали - простые геометрические элементы с плоским текстурированием, которые накладываются поверх рельефа, например, индикатор дальности действия башни на рисунке ниже.
Этап рендеринга 8: особые контуры
Здесь мы имеем дело с более толстыми контурами, включаемыми через события мыши или особыми состояниями активации, как в случае контура башни на рисунке ниже. Это делается почти так же, как создавались контуры сеток со скиннингом, но здесь мы ещё и размываем контуры, чтобы сделать их более толстыми. Такое выделение заметно ещё сильнее, потому что выполняется в процессе рендеринга позже и может перекрывать уже наложенные эффекты.
Этап рендеринга 9: частицы
Следующая стадия - одна из самых важных: частицы. Я уже писал о частицах в этой статье . Каждое заклинание, бафф и эффект - это система частиц, которую нужно анимировать и обновлять. В рассматриваемой нами сцене не так много действия, как, например, в командном бою «5 на 5», но всё равно здесь довольно много отображаемых частиц.Если мы рассмотрим только частицы (отключив всю фоновую сцену), то получим следующую картину:
Отрендерив треугольники, составляющие частицы, фиолетовыми контурами (без текстур, только геометрию), мы получим следующее:
Если отрисовывать частицы нормально, то мы получим более знакомый вид.
Этап рендеринга 10: эффекты постобработки
Итак, базовые части сцены уже отрендерены и мы можем придать ей немного больше «блеска». Делается это в два этапа. Сначала мы выполняем проход сглаживания (anti-alias, AA). Он помогает сгладить зазубренные края, делая весь кадр более чётким. В статичном изображении этот эффект почти незаметен, но он сильно помогает в устранении «мерцания пикселей», которое может возникать при перемещении высококонтастных граней по экрану. В LoL мы используем алгоритм сглаживания с быстрой аппроксимацией Fast Approximate Anti-Aliasing (FXAA).Изображение слева - это миньон до FXAA, а справа - после сглаживания. Заметьте, как сглаживаются края объекта.
После завершения прохода FXAA мы выполняем проход гамма-коррекции, позволяющий отрегулировать яркость сцены. В качестве оптимизации мы недавно добавили эффект снижения насыщенности экрана смерти в проход гамма-коррекции , что позволило избавиться от необходимости замены всех шейдеров текущих видимых сеток для вариантов смертей, у которых раньше насыщенность снижалась отдельно.
Этап рендеринга 11: урон и полоски здоровья
Затем мы рендерим все игровые индикаторы: полоски здоровья, текст урона, экранный текст, а также все полноэкранные эффекты, не относящиеся к постобработке, такие как эффект урона на изображении ниже.
Этап рендеринга 12: интерфейс
И, наконец, отрисовывается интерфейс пользователя. Все тексты, значки и предметы отрисовываются на экране как отдельные текстуры, перекрывая всё, находящееся под ними. В анализируемом нами случае на отрисовку интерфейса потребовалось примерно 1 000 треугольников - около 300 на мини-карту и 700 - на всё остальное.
Собираем всё вместе
И мы получаем полностью отрендеренную сцену. Во всей сцене содержится около 200 000 треугольников, 90 000 из них используется под частицы. 28 миллионов пикселей отрисовываются за 695 вызовов отрисовки. Чтобы в игру можно было играть, вся эта работа должна выполняться как можно быстрее. Чтобы достичь 60 и более кадров в секунду, все этапы нужно пройти менее чем за 16,66 миллисекунд. И это только расчёты на стороне графического процессора: вся игровая логика, обработка ввода игрока, столкновения, обработка частиц, анимации и отправка команд на рендеринг тоже должны выполняться за это же время в центральном процессоре. Если вы играете с 300 fps, то всё происходит меньше чем за 3,3 миллисекунды!
