Como construir culling de frustum e de oclusão de forma conservadora

Preserve as contribuições visíveis

O culling de visibilidade descarta trabalho antes do desenho propriamente dito, que é caro. Os testes de frustum descartam objetos fora do volume da câmera; os testes de oclusão descartam objetos escondidos atrás de outra geometria. Volumes delimitadores (bounding volumes) servem como representações mais baratas para essas decisões. [1] Uma rejeição segura nunca pode remover algo que contribua para a imagem daquela vista.

Escolha a vista de forma explícita. Um objeto fora da câmera principal ainda pode importar para um shadow map ou para um reflexo, então uma única lista de visibilidade não atende automaticamente a todos os passes.

Entenda que a evidência chega com atraso

Testar cada objeto e esperar o resultado de cada um imediatamente pode custar mais do que simplesmente desenhar. Agrupar objetos em hierarquias e intercalar a renderização útil com as consultas (queries) reduz esse problema de escalonamento. A abordagem hierárquica coerente original usa a visibilidade anterior para escalonar o trabalho atual. [2]

A disponibilidade de um resultado é algo distinto de um resultado com zero amostras visíveis. O Vulkan expõe a disponibilidade da consulta e avisa que slots de consulta reutilizados ainda podem conter resultados de um uso anterior se o reset não tiver sido executado. [3] Associe cada resultado ao quadro ou à geração a que ele se destina.

Conte uma carga de trabalho ilustrativa

Suponha que uma cena tenha 10.000 objetos candidatos. Uma etapa de frustum rejeita 7.000 e restam 3.000. Uma evidência de oclusão atual rejeita mais 1.800, deixando 1.200 candidatos para o desenho. A redução na contagem, sozinha, não diz nada sobre o ganho no tempo de quadro: testar objetos pequenos e baratos pode custar mais do que o trabalho que se evita.

Agora agrupe o interior oculto de um prédio sob um único limite conservador. Se esse pai estiver totalmente ocluído, muitos descendentes podem ser ignorados de uma só vez. Se ele intersecta uma porta visível, desça na hierarquia ou desenhe de forma conservadora. Compare esse caso agrupado com o teste por objeto usando o mesmo percurso de câmera.

Verifique os limites e o tratamento dos resultados

Visualize os limites sobre malhas animadas, com skinning e com deslocamento procedural. Exercite o movimento máximo, em vez de verificar apenas a pose de repouso. Garanta que o teste de um proxy de oclusão não grave, por acidente, a sua caixa no depth buffer da cena. [1]

Teste teletransportes de câmera, portas se abrindo, oclusores em movimento rápido e objetos recém-criados. Trate evidências desconhecidas ou invalidadas como visíveis até que exista uma rejeição válida. Registre em log os grupos rejeitados, a contagem de candidatos, a idade das consultas, o tempo de escalonamento na CPU e o custo dos testes na GPU. Compare com uma referência sem culling para encontrar objetos ausentes.

Decida quando o teste compensa

Grandes grupos ocultos são promissores; vistas aéreas abertas podem oferecer pouca oclusão útil. [2] Mantenha uma forma de desativar ou reduzir a etapa cara nas cargas de trabalho em que ela acrescenta overhead.

Limites conservadores podem enviar geometria invisível, mas limites subdimensionados podem apagar conteúdo visível. Otimize os limites somente depois de estabelecer a correção. Reavalie a estratégia de agrupamento quando o layout do nível ou a deformação mudar, e avalie o tempo total de quadro em vez de se contentar com uma alta porcentagem de rejeição.

Fontes

• [1] Efficient Occlusion Culling — Dean Sekulic, Croteam; NVIDIA GPU Gems.
• [2] Hardware Occlusion Queries Made Useful — Michael Wimmer and Jiří Bittner; NVIDIA GPU Gems 2.
• [3] vkGetQueryPoolResults — Khronos Group.