Прозрачность с взвешенным смешиванием: стабильный порядок и явное приближение

Почему сортировки объектов недостаточно

Обычная альфа-композиция зависит от взаимного расположения передних и задних поверхностей. Сортировка целых объектов не решает пересечение поверхностей или циклы, при которых разным пикселям нужны разные порядки. Точное вычисление выбранной модели композиции требует более подробной обработки, например хранения и сортировки фрагментов по пикселям или послойного выделения глубины. Независимая от порядка прозрачность с взвешенным смешиванием заменяет упорядоченную композицию приближением с ограниченным расходом памяти. [1]

Накапливайте цвет и видимость фона

Метод суммирует взвешенные цвета, предварительно умноженные на альфа-значение, и взвешенные альфа-значения в буферах накопления. Отдельное значение revealage перемножает оставшуюся прозрачность каждого фрагмента. При разрешении накопленный цвет делится на накопленное взвешенное альфа-значение, после чего среднее объединяется с фоном через revealage. Веса, зависящие от глубины и непрозрачности, выделяют выбранные слои, фактически не сортируя их. Пример NVIDIA показывает этот процесс. [3]

Расчётный пример: независимость от порядка меняет ответ

Возьмите иллюстративный пиксель в линейном RGB с чёрным фоном и двумя фрагментами: чисто красным и чисто синим, у каждого альфа-значение 0.5. Упорядоченная композиция даёт (0.5, 0, 0.25), когда красный впереди, и (0.25, 0, 0.5), когда впереди синий.

Для диагностического случая с намеренно одинаковыми весами средний взвешенный цвет равен (0.5, 0, 0.5). Revealage составляет 0.5 * 0.5 = 0.25, поэтому совокупная непрозрачность равна 0.75, а итоговый цвет — (0.375, 0, 0.375). Обратный порядок отправки математически не меняет этот результат. Ни один из упорядоченных результатов не воспроизводится. Взвешивание по глубине способно сместить приближение к ближним слоям, но одинаковые веса полезны для проверки арифметики до настройки весовой функции.

Реализуйте и проверьте полный путь

Сначала отрисуйте непрозрачную геометрию. Очистите накопление цвета и взвешенного альфа-значения до 0, а revealage — до 1. Проверяйте глубину прозрачных фрагментов по буферу непрозрачной глубины, не записывая глубину прозрачных поверхностей. Соблюдайте единые соглашения о предварительном умножении и защищайте деление при разрешении, когда накопленное альфа-значение равно нулю. Проверьте форматы целей рендеринга и поддержку требуемого смешивания; оригинальное руководство по реализации описывает настройку вложений. [2]

Перемешивайте порядок отправки, пересекайте контрастные поверхности и меняйте непрозрачность. Проверьте сохранность фона при пустом проходе. Испытайте множество перекрывающихся слоёв и яркие значения, проверяя накопление на переполнение, потерю слишком малых значений или недопустимые числа. Округление чисел с плавающей точкой может создавать небольшие зависящие от порядка различия вопреки математическому правилу.

Выбирайте содержимое, допускающее приближение

Почти непрозрачные слои с сильным контрастом выявляют неправильное доминирование цвета; близкие слои могут потерять различимость по глубине. Базовая модель не обеспечивает преломление или физически правильное цветное пропускание. Фиксированный объём хранения на пиксель также не устраняет повторную отрисовку и стоимость затенения фрагментов. Сравнивайте с упорядоченными эталонными случаями и выделяйте более точный метод содержимому, визуальный смысл которого зависит от точного разделения слоёв.

Источники

• [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.