Tessellation et displacement : construire des surfaces détaillées sans fissures

Séparer la subdivision de la définition de la surface

La tessellation crée des échantillons supplémentaires d'un patch ; elle n'invente pas automatiquement de détail utile. C'est un évaluateur de surface qui détermine où placer ces échantillons, et le displacement peut ensuite les déplacer à l'aide d'une fonction de hauteur. Les triangles obtenus peuvent modifier la silhouette visible. Il faut donc commencer par définir clairement la surface et l'échelle de hauteur, avant d'augmenter la subdivision pour masquer des artefacts.

La vue d'ensemble de la tessellation dans Direct3D distingue le contrôle du patch, la subdivision du domaine par une étape à fonction fixe et l'évaluation des positions des sommets générés. Les autres API utilisent des noms d'étapes différents : il faut donc faire correspondre les responsabilités de chaque étape avant de porter du code de shader. [1]

Faire concorder les patchs voisins

Des fissures apparaissent lorsque deux patchs adjacents ne s'accordent pas sur l'emplacement de leur frontière commune. Les arêtes partagées exigent des facteurs de subdivision et un espacement compatibles, ainsi qu'un évaluateur qui produit des positions identiques. Les règles d'invariance de Vulkan décrivent quels échantillons d'arête sont garantis identiques lorsque les conditions sont les mêmes de part et d'autre. Elles ne rendent pas cohérentes des fonctions de displacement incohérentes. [2]

Utilisez les mêmes entrées pour calculer le facteur d'une arête partagée. Un facteur calculé indépendamment à partir du centre de chaque patch peut différer de part et d'autre de l'arête. Vérifiez aussi les échantillons de hauteur à la frontière, les coordonnées de texture et les directions de displacement : un nombre d'échantillons identique ne peut pas corriger une discontinuité de hauteur.

Exemple concret : compter les éléments d'une grille définie

Prenons, à titre d'illustration, un carré divisé en une grille régulière de 4 segments par côté. Il contient 16 petits quads, soit 32 triangles si chaque quad est découpé une fois. En passant à 8 segments par côté, on obtient 64 quads et 128 triangles.

Le nombre de triangles a été multiplié par 4 lorsque la subdivision linéaire a doublé. C'est un calcul valable pour la grille décrite, et non une promesse concernant tous les motifs de tessellation matérielle. Il montre pourquoi une variation de facteur visuellement minime peut générer beaucoup plus de géométrie. Si les deux côtés d'une jointure génèrent des échantillons concordants, mais que l'un évalue une hauteur de frontière de 0,02 mètre et l'autre de 0 mètre, un interstice subsiste.

Valider une jointure avant de traiter tout un paysage

Construisez un test avec deux patchs adjacents et un élément de hauteur qui traverse leur frontière. Examinez le filaire, la silhouette et l'ombrage tout en déplaçant la caméra. Modifiez la subdivision progressivement et vérifiez que la jointure reste fermée. Testez ensuite les jointures de texture et la mise à l'échelle non uniforme des objets.

Choisissez délibérément un niveau d'échantillonnage de texture dans l'évaluateur de surface, et gardez une définition de la hauteur cohérente sur les arêtes partagées. Mettez à jour les volumes englobants pour tenir compte du displacement, et assurez-vous que les normales décrivent la surface déplacée assez fidèlement pour l'éclairage visé. Testez le même displacement dans chaque passe qui nécessite une géométrie identique.

Limiter délibérément le travail généré

Plus de triangles ne garantit pas plus de détail visible. Des primitives minuscules, des évaluations de displacement coûteuses et l'instabilité des transitions peuvent dominer le résultat. Mesurez ensemble la génération de géométrie et l'ombrage en aval. Limitez la subdivision aux valeurs prises en charge et prévoyez un chemin adapté pour les appareils qui ne la prennent pas en charge. Par ailleurs, le rendu du displacement ne met pas automatiquement à jour la géométrie de collision : l'interaction de gameplay requiert une représentation définie séparément.

Sources

• [1] Tessellation Stages — Microsoft, documentation Direct3D.
• [2] Tessellation Invariance — Khronos Group, spécification Vulkan.