Pro-Pixel-Beleuchtung

Georg Glasenap Juli 26, 2016 P 1 0
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In der Computergraphik Beleuchtung pro Pixel bezieht sich auf eine beliebige Technik zur Beleuchtung ein Bild oder eine Szene, die Beleuchtung für jedes Pixel auf ein übertragenes Bild berechnet. Dies steht im Gegensatz zu anderen bekannten Verfahren der Beleuchtung wie Vertex Beleuchtung, die Beleuchtung an jedem Scheitelpunkt eines 3D-Modell berechnet und interpoliert dann die resultierenden Werte über die Modellflächen, um die endgültigen Pro-Pixel-Farbwerte zu berechnen.

Pro-Pixel-Beleuchtung ist häufig mit Techniken wie Normal Mapping verwendet, Bump-Mapping, Spiegelung und Schattenvolumen. Jede dieser Techniken bietet einige zusätzliche Daten über die Oberfläche, die leuchtet oder der Szene und Lichtquellen, die auf die endgültige Aussehen und Verhalten der Oberfläche beiträgt.

Die meisten modernen Videospiel-Engines implementieren Beleuchtung mit Pro-Pixel-Techniken statt Vertex Beleuchtung erhöhte Detail und Realismus. Die id Tech 4-Motor, verwendet werden, um solche Spiele wie Brink und Doom 3 zu entwickeln, war eines der ersten Spiele-Engines, um eine vollständig per-Pixel-Shading-Engine zu implementieren. Alle Versionen der CryENGINE, Frostbite Engine und Unreal Engine, unter anderem, auch umzusetzen Pro-Pixel-Shader-Techniken.

Deferred Shading ist eine neuere Entwicklung in der Pro-Pixel-Beleuchtung zeichnet sich durch seine Verwendung in der Frostbite-Engine und Battlefield 3. Latente Shader-Techniken sind in der Lage Rendering potenziell große Zahl von kleinen Lichtern kostengünstig.

Geschichte

Obwohl erst vor kurzem haben PCs und Video-Hardware zu mächtig genug, um vollen per-Pixel-Shading in Echtzeit-Anwendungen wie Spiele durchführen, sind viele der Kernkonzepte der Pro-Pixel-Beleuchtung Modelle gibt es seit Jahrzehnten.

Frank Crow ein Papier veröffentlicht, die Theorie der Schattenvolumen beschreibt im Jahr 1977. Diese Technik verwendet den Stencil Buffer, um Bereiche des Bildschirms, die auf Flächen, die in einem "Schattenvolumen" liegen, entsprechen angeben, oder eine Form, die ein Raumvolumen von einem Schatten gestellt Lichtquelle nach einem Gegenstand. Diese Schattenzonen werden in der Regel nach dem schattierten die Szene, Puffer, indem Schattenzonen mit dem Stencil Buffer gerendert.

Jim Blinn zum ersten Mal die Idee, Normal Mapping in einem 1978 SIGGRAPH Papier. Blinn wies darauf hin, dass die frühere Vorstellung von unbeleuchteten Textur-Mapping von Edwin Catmull Vorschlag unrealistisch war für die Simulation von rauen Oberflächen. Statt Abbilden einer Textur auf ein Objekt, um Rauheit zu simulieren, Blinn- vorgeschlagen ein Verfahren zum Berechnen des Grades der Beleuchtung eines Punktes auf einer Oberfläche sollte auf einem festgelegten "Störung" der Normalen auf der Oberfläche auf Basis empfangen.

Implementierungen

Hardware Rendering

Echtzeit-Anwendungen, wie Computerspiele, in der Regel zu implementieren Beleuchtung pro Pixel durch die Verwendung von Pixel-Shader, so dass der GPU-Hardware, um die Wirkung zu verarbeiten. Die Szene gerendert werden zunächst auf eine Anzahl von Puffern speichert verschiedene Arten von Daten für das Rendern der Szene, wie Tiefe, normale Richtung und diffuse Farbe verwendet werden gerastert. Dann werden die Daten in einen Shader übergeben und verwendet, um das endgültige Aussehen der Szene zu berechnen, Pixel für Pixel.

Deferred Shading ist ein Pro-Pixel-Shading-Technik, die vor kurzem durchführbar für Spiele geworden ist. Mit Deferred Shading wird ein "G-Puffer" verwendet, um alle Bedingungen erforderlich, um Schatten eine Schlussszene auf der Pixelebene zu speichern. Das Format dieser Daten variiert von Anwendung zu Anwendung in Abhängigkeit von dem gewünschten Effekt und kann normale Daten, Positionsdaten, spiegelnde Daten diffuse Daten emissive Karten und Albedo, unter anderem. Verwendung mehrerer Render Targets können alle diese Daten an die g-Puffer mit einem einzigen Durchlauf gemacht werden, und eine Shader kann die endgültige Farbe jedes Pixels auf der Basis der Daten von der g-Puffer in einem letzten "latente pass" zu berechnen.

Software Rendering

Pro-Pixel-Beleuchtung ist auch in Software auf vielen kommerziellen High-End-Rendering-Anwendungen, die in der Regel nicht auf der interaktiven Frameraten machen durchgeführt. Dies wird als Offline-Rendering oder Software Rendering. NVidia der mental ray-Rendering-Software, die mit solcher Suiten Autodesk Softimage integriert wird, ist ein bekanntes Beispiel.

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