Rendering della scansione: Esplorare il realismo visivo attraverso le tecniche di rendering della scansione

Di Fouad Sabry

Che cos'è il rendering della linea di scansione

Il rendering della linea di scansione è un algoritmo per la determinazione della superficie visibile, nella computer grafica 3D, che funziona riga per riga anziché su un poligono -per poligono o pixel per pixel. Tutti i poligoni da renderizzare vengono prima ordinati in base alla coordinata y superiore in cui appaiono per la prima volta, quindi ogni riga o linea di scansione dell'immagine viene calcolata utilizzando l'intersezione di una linea di scansione con i poligoni nella parte anteriore dell'elenco ordinato, mentre l'elenco ordinato viene aggiornato per scartare i poligoni non più visibili man mano che la linea di scansione attiva avanza lungo l'immagine.

Come trarrai vantaggio

( I) Approfondimenti e convalide sui seguenti argomenti:

Capitolo 1: Rendering della linea di scansione

Capitolo 2: Algoritmo di Painter

Capitolo 3: Rasterizzazione

Capitolo 4: Mappatura delle texture

Capitolo 5: Buffering Z

Capitolo 6: Pipeline grafica

Capitolo 7: Ritaglio (computer grafica)

Capitolo 8: Determinazione della superficie nascosta

Capitolo 9: Shader

Capitolo 10: Volume dell'ombra

(II) Rispondere alle domande più importanti del pubblico sul rendering scanline.

(III) Esempi reali dell'utilizzo del rendering scanline in molti campi.

A chi è rivolto questo libro

Professionisti, studenti universitari e laureati, appassionati, hobbisti e coloro che desiderano andare oltre le conoscenze o le informazioni di base per qualsiasi tipo di rendering di scanline.

• Lingua: Italiano
• Editore: Un Miliardo Di Ben Informato [Italian]
• Data di uscita: 14 mag 2024

Anteprima del libro

Rendering della linea di scansione

Il rendering della linea di scansione (anche rendering della linea di scansione e rendering della linea di scansione) è un approccio per determinare le superfici visibili nella grafica computerizzata 3D che opera riga per riga anziché su una base poligono per poligono o pixel per pixel. Ogni riga o linea di scansione dell'immagine viene calcolata utilizzando l'intersezione di una linea di scansione con i poligoni nella parte anteriore dell'elenco ordinato, mentre l'elenco ordinato viene aggiornato per eliminare i poligoni non più visibili man mano che la linea di scansione corrente avanza lungo l'immagine.

Il vantaggio principale di questo metodo è che riduce la quantità di confronti tra gli spigoli ordinando i vertici lungo la normale del piano di scansione. Inoltre, non è essenziale tradurre le coordinate di tutti i vertici dalla memoria principale alla memoria di lavoro; Solo i vertici che formano i bordi che attraversano la linea di scansione corrente devono essere presenti nella memoria attiva e ogni vertice viene letto una sola volta. La memoria principale è spesso molto più lenta del collegamento tra l'unità di elaborazione centrale e la memoria cache; Pertanto, evitare di accedere nuovamente ai vertici nella memoria principale potrebbe comportare un'accelerazione significativa.

Questo tipo di algoritmo può essere facilmente unito a una varietà di altre tecniche grafiche, tra cui il modello di riflessione Phong e l'algoritmo Z-buffer.

I bordi dei poligoni proiettati vengono in genere inseriti in bucket, uno per linea di scansione; il rasterizzatore mantiene una tabella dei bordi attiva (AET). Le voci conservano i collegamenti di ordinamento, le coordinate X, le sfumature e i riferimenti ai poligoni associati. Per rasterizzare la linea di scansione successiva, gli spigoli irrilevanti vengono eliminati e i nuovi spigoli del bucket Y della linea di scansione corrente vengono posizionati in ordine di coordinate X. Nelle voci della tabella degli spigoli attiva, X e altri parametri vengono aumentati. Le voci per le tabelle di spigoli attive vengono mantenute in un elenco ordinato a X, causando una modifica quando due spigoli si intersecano. Dopo l'aggiornamento degli spigoli, la tabella degli spigoli attiva viene attraversata in ordine X per generare solo le campate visibili, mantenendo una tabella delle campate attiva ordinata in Z e inserendo ed eliminando le superfici quando gli spigoli vengono incrociati.

Un ibrido di questo e Z-buffering elimina l'ordinamento attivo della tabella dei bordi e rasterizza una linea di scansione alla volta in un buffer Z, mantenendo le estensioni poligonali attive da una linea di scansione all'altra.

In una seconda forma, un buffer ID viene rasterizzato in una fase intermedia, consentendo ai pixel visibili risultanti di avere la loro ombreggiatura ritardata.

Nel 1967, Wylie, Romney, Evans ed Erdahl probabilmente pubblicarono per la prima volta la tecnica di rendering della linea di scansione. Il gruppo grafico di Ivan Sutherland presso l'Università dello Utah e la società Evans & Sutherland di Salt Lake City hanno svolto gran parte del lavoro iniziale su queste tecnologie.

La prima linea di generatori di immagini (IG) ESIG di Evans & Sutherland utilizzava l'approccio nell'hardware al volo per generare immagini una linea raster alla volta senza un framebuffer, eliminando così la necessità di una costosa memoria all'epoca. Le varianti successive utilizzavano una strategia mista.

Il Nintendo DS è l'hardware più recente in grado di eseguire il rendering di scene 3D in questo modo, con la possibilità di memorizzare nella cache la grafica rasterizzata in VRAM.

L'hardware sprite onnipresente nelle console per videogiochi degli anni '80 è un tipo rudimentale di rendering scanline.

L'approccio è stato utilizzato per il rendering software dell'ambiente circostante nel motore originale di Quake (ma gli oggetti in movimento erano bufferizzati con lo Z). La prioritizzazione dello scenario statico si basava sull'ordinamento derivato da BSP. Ha mostrato una superiorità rispetto ai metodi di Z-buffer/type painter nella gestione di scene con costose operazioni sui pixel e un'elevata complessità di profondità (ad esempio, mappatura delle texture corretta per la prospettiva senza assistenza hardware). Questa pratica ha preceduto l'ampia adozione delle GPU basate su buffer Z, che sono attualmente prevalenti sui PC.

Durante lo sviluppo della PlayStation 3, Sony ha sperimentato con renderizzatori software scanline su un secondo processore Cell prima di optare per una configurazione standard CPU/GPU.

Allo stesso modo, nel rendering affiancato (in particolare il processore PowerVR 3D), le primitive vengono ordinate nello spazio dello schermo e renderizzate una tessera alla volta nella memoria rapida su chip. Nello spirito del rendering della linea di scansione hardware, il Dreamcast aveva una modalità per rasterizzare una riga di tessere alla volta per la scansione raster diretta, eliminando la necessità di un framebuffer completo.

Alcuni rasterizzatori software utilizzano lo span buffering (o coverage buffering), in cui un elenco di intervalli ordinati e ritagliati viene memorizzato in bucket di scanline. Una serie di primitive verrebbe applicata a questa struttura dati prima di rasterizzare solo i pixel visibili.

Il vantaggio principale del rendering della linea di scansione rispetto allo Z-buffering è che il numero di volte in cui i pixel visibili vengono elaborati è mantenuto al minimo assoluto, che è sempre uno se non vengono applicati effetti di trasparenza, il che è vantaggioso in caso di alta risoluzione o costosi calcoli di ombreggiatura.

Miglioramenti simili possono essere ottenuti negli attuali sistemi Z-buffer utilizzando l'ordinamento grezzo fronte-retro (che si avvicina al metodo dei pittori inversi), lo Z-reject precoce (in combinazione con la Z gerarchica) e le meno frequenti tecniche di rendering differito disponibili su GPU programmabili.

Gli approcci scanline che operano sul raster hanno lo svantaggio di non gestire correttamente il sovraccarico.

Non si ritiene che la tecnica sia scalabile in modo efficace all'aumentare del numero di primitive.