Тесселяция и смещение: подробные поверхности без трещин

Разделяйте разбиение и определение поверхности

Тесселяция создаёт дополнительные точки выборки патча, но не добавляет полезные детали автоматически. Вычислитель поверхности определяет положение этих точек, а смещение может перемещать их по функции высоты. Полученные треугольники способны менять видимый силуэт. Сначала чётко определите поверхность и масштаб высоты, прежде чем повышать детализацию разбиения для сокрытия артефактов.

Обзор тесселяции Direct3D разделяет управление патчем, разбиение параметрической области блоком фиксированной функции и вычисление позиций создаваемых вершин. В других API этапы называются иначе, поэтому перед переносом шейдеров сопоставьте их обязанности. [1]

Обеспечивайте согласованность соседних патчей

Трещины возникают, когда прилегающие патчи по-разному определяют положение общей границы. Общим рёбрам нужны совместимые коэффициенты разбиения и интервалы между точками, а вычислитель должен выдавать совпадающие позиции. Правила инвариантности Vulkan описывают, какие точки рёбер гарантированно совпадают при согласованных условиях. Они не согласуют противоречащие друг другу функции смещения. [2]

Используйте одинаковые входные данные при вычислении коэффициента общего ребра. Коэффициент, независимо вычисленный по центру каждого патча, может различаться на этом ребре. Проверьте также граничные значения высоты, текстурные координаты и направления смещения: одинаковое число точек не исправляет разрыв высоты.

Пример расчёта: число элементов заданной сетки

Рассмотрим условный квадрат, разбитый на регулярную сетку с 4 сегментами на сторону. Он содержит 16 маленьких четырёхугольников или 32 треугольника, если каждый четырёхугольник разделить один раз. Увеличение до 8 сегментов на сторону даёт 64 четырёхугольника и 128 треугольников.

При удвоении линейного разбиения число треугольников выросло в 4 раза. Это расчёт для указанной сетки, а не обещание для любого аппаратного шаблона тесселяции. Он показывает, почему визуально небольшое изменение коэффициента способно создать гораздо больше геометрии. Если обе стороны шва создают совпадающие точки, но одна вычисляет граничную высоту 0.02 метра, а другая 0 метров, щель всё равно остаётся.

Проверяйте шов до проверки целого ландшафта

Создайте тест с двумя соседними патчами и элементом рельефа, пересекающим их границу. Осматривайте каркас, силуэт и затенение при движении камеры. Постепенно меняйте разбиение и проверяйте, что шов остаётся закрытым. Затем проверьте текстурные швы и неравномерное масштабирование объекта.

Осознанно выбирайте уровень выборки текстуры в вычислителе поверхности и сохраняйте одинаковое определение высоты на общих рёбрах. Обновляйте ограничивающие объёмы с учётом смещения и обеспечивайте достаточное соответствие нормалей смещённой поверхности для выбранного освещения. Проверяйте одинаковое смещение во всех проходах, которым нужна совпадающая геометрия.

Сознательно ограничивайте объём создаваемой работы

Большее число треугольников не гарантирует больше видимых деталей. Очень мелкие примитивы, дорогие вычисления смещения и нестабильные переходы могут определять результат. Измеряйте создание геометрии вместе с последующим затенением. Ограничивайте разбиение поддерживаемыми значениями и предоставляйте подходящий путь для устройств без поддержки. Смещение при рендеринге также не обновляет геометрию столкновений автоматически: взаимодействию в игре нужно отдельно определённое представление.

Источники

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