Tesselação e displacement: como criar superfícies detalhadas sem rachaduras

Separe a subdivisão da definição da superfície

A tesselação gera amostras adicionais de um patch; ela não inventa detalhe útil automaticamente. Quem determina onde essas amostras ficam é um avaliador de superfície, e o displacement pode deslocá-las por meio de uma função de altura. Os triângulos resultantes podem alterar a silhueta visível. Comece com uma definição clara da superfície e da escala de altura antes de aumentar a subdivisão para esconder artefatos.

A visão geral de tesselação do Direct3D separa o controle do patch, a subdivisão de domínio de função fixa e a avaliação das posições dos vértices gerados. Outras APIs usam nomes diferentes para os estágios, então mapeie as responsabilidades antes de portar o código de shader. [1]

Faça os patches vizinhos concordarem

Rachaduras aparecem quando patches adjacentes divergem sobre onde fica o limite que têm em comum. As arestas compartilhadas precisam de fatores de subdivisão e espaçamento compatíveis, além de um avaliador que produza posições idênticas. As regras de invariância do Vulkan descrevem quais amostras de aresta têm garantia de coincidir sob condições equivalentes. Elas não fazem funções de displacement inconsistentes concordarem. [2]

Use as mesmas entradas ao calcular o fator de uma aresta compartilhada. Um fator calculado de forma independente a partir do centro de cada patch pode diferir ao longo dessa aresta. Verifique também as amostras de altura no limite, as coordenadas de textura e as direções de displacement: ter o mesmo número de amostras não corrige uma descontinuidade de altura.

Exemplo prático: contar uma grade definida

Considere, a título de ilustração, um quadrado dividido em uma grade regular de 4 segmentos por lado. Ele contém 16 quads pequenos, ou 32 triângulos se cada quad for dividido uma vez. Ao passar para 8 segmentos por lado, obtêm-se 64 quads e 128 triângulos.

O número de triângulos aumentou por um fator de 4 quando a subdivisão linear dobrou. Essa é uma conta aritmética para a grade descrita, não uma promessa sobre todo padrão de tesselação de hardware. Ela mostra por que uma mudança de fator que parece pequena pode gerar muito mais geometria. Se os dois lados de uma costura geram amostras coincidentes, mas um avalia uma altura de limite de 0,02 metros e o outro de 0 metros, o vão continua existindo.

Valide uma costura antes de uma paisagem inteira

Monte um teste com dois patches adjacentes e uma feição de altura que cruze o limite entre eles. Inspecione o wireframe, a silhueta e o sombreamento enquanto move a câmera. Altere a subdivisão gradualmente e verifique se a costura permanece fechada. Depois teste costuras de textura e escala não uniforme do objeto.

Escolha deliberadamente um nível de amostragem de textura no avaliador de superfície e mantenha a definição de altura consistente nas arestas compartilhadas. Atualize os limites (bounds) da geometria deslocada e garanta que as normais descrevam a superfície deslocada bem o bastante para a iluminação pretendida. Teste o mesmo displacement em todas as passagens que precisam de geometria coincidente.

Limite deliberadamente o trabalho gerado

Mais triângulos não garantem mais detalhe visível. Primitivas minúsculas, avaliações de displacement caras e instabilidade nas transições podem dominar o resultado. Meça a geração de geometria e o sombreamento posterior em conjunto. Limite a subdivisão aos valores suportados e ofereça um caminho adequado para dispositivos sem suporte. Além disso, renderizar o displacement não atualiza automaticamente a geometria de colisão; a interação no jogo exige uma representação definida separadamente.

Fontes

• [1] Tessellation Stages — Microsoft, documentação do Direct3D.
• [2] Tessellation Invariance — Khronos Group, especificação do Vulkan.