Transparence à mélange pondéré : un ordre stable grâce à une approximation explicite

Pourquoi le tri des objets ne suffit pas

La composition alpha classique dépend des relations d'ordre entre l'avant et l'arrière. Trier des objets entiers ne permet pas de résoudre les surfaces qui s'intersectent ni les cycles où des pixels différents exigent des ordres différents. Évaluer exactement le modèle de composition choisi demande un traitement plus fin, comme le stockage et le tri des fragments par pixel, ou le depth peeling. La transparence indépendante de l'ordre à mélange pondéré (weighted blended order-independent transparency) remplace la composition ordonnée par une approximation à mémoire bornée. [1]

Accumuler la couleur et la visibilité du fond

La méthode ajoute, dans des tampons d'accumulation, les couleurs pondérées à alpha prémultiplié ainsi que l'alpha pondéré. Une valeur distincte, la revealage, multiplie la transparence restante de chaque fragment. La résolution divise la couleur accumulée par l'alpha pondéré accumulé, puis combine cette moyenne avec l'arrière-plan à l'aide de la revealage. Des poids dépendant de la profondeur et de l'opacité favorisent certaines couches sans réellement les trier. L'exemple de NVIDIA illustre ce processus. [3]

Exemple chiffré : l'indépendance à l'ordre change le résultat

Prenons, à titre illustratif, un pixel RGB linéaire avec un fond noir et deux fragments : rouge pur et bleu pur, chacun d'alpha 0.5. La composition ordonnée donne (0.5, 0, 0.25) avec le rouge devant et (0.25, 0, 0.5) avec le bleu devant.

Pour un diagnostic volontairement à poids égaux, la couleur moyenne pondérée est (0.5, 0, 0.5). La revealage vaut 0.5 * 0.5 = 0.25, donc l'opacité combinée est de 0.75 et la couleur finale est (0.375, 0, 0.375). Inverser l'ordre de soumission ne modifie pas ce résultat sur le plan mathématique. Aucun des deux résultats ordonnés n'est reproduit. Une pondération par la profondeur peut orienter l'approximation vers les couches les plus proches, mais des poids égaux permettent de vérifier l'arithmétique avant de régler une fonction de pondération.

Mettre en œuvre et tester la chaîne complète

Rendre d'abord la géométrie opaque. Initialiser à 0 l'accumulation de la couleur et de l'alpha pondéré, et à 1 la revealage. Tester la profondeur des fragments transparents par rapport au tampon de profondeur opaque, sans écrire la profondeur transparente. Garder des conventions de prémultiplication cohérentes et protéger la division de la résolution lorsque l'alpha accumulé est nul. Vérifier les formats des cibles de rendu et la prise en charge du blending requise ; le guide d'implémentation original décrit la configuration des attachements. [2]

Mélanger l'ordre de soumission, faire s'intersecter des surfaces contrastées et faire varier l'opacité. Vérifier que la passe vide préserve l'arrière-plan. Soumettre à un test de charge de nombreuses couches superposées et des valeurs lumineuses, en inspectant l'accumulation à la recherche de dépassements de capacité, de sous-dépassements ou de valeurs invalides. Les arrondis en virgule flottante peuvent produire de petites différences dépendant de l'ordre, malgré la règle mathématique.

Choisir un contenu qui tolère l'approximation

Des couches presque opaques et fortement contrastées font apparaître une dominance de couleur incorrecte ; des couches proches peuvent perdre leur distinction en profondeur. Le modèle de base ne fournit ni réfraction ni transmission colorée physiquement correcte. Le stockage de taille fixe par pixel ne supprime pas non plus le coût de l'overdraw et du shading des fragments. Il convient de comparer avec des cas de référence ordonnés et de réserver une méthode plus précise au contenu dont le sens visuel dépend d'une séparation fine des couches.

Sources

• [1] Weighted Blended Order-Independent Transparency — Morgan McGuire and Louis Bavoil, Journal of Computer Graphics Techniques.
• [2] Implementing Weighted, Blended Order-Independent Transparency — Morgan McGuire, original implementation explanation.
• [3] Vulkan Order-Independent Transparency sample — NVIDIA, nvpro-samples original implementation.