Предисловие

Доброго времени суток, речь пойдёт о игровом движке X-Ray, а точнее о его форке X-Ray Oxygen В декабре 2016 года был опубликован проект X-Ray Oxygen. Тогда я разрабатывал его один и не мечтал о том, чем он стал на данный момент.

SSAO

В этой публикации описаны простейшие методы вычисления интегралов функций от одной переменной на отрезке, также называемые квадратурными формулами. Обычно эти методы реализованы в стандартных математических библиотеках, таких как GNU Scientific Library для C, SciPy для Python и других. Публикация имеет целью продемонстрировать, как эти методы работают "под капотом", и обратить внимание на некоторые вопросы точности и производительности алгоритмов. Также хотелось бы отметить связь квадратурных формул и методов численного интегрирования обыкновенных дифференциальных уравнений, о которых хочу написать ещё одну публикацию.

Как только, фрагментный шейдер обработал фрагмент, выполняется так называемый тест трафарета, который, как и тест глубины, может отбрасывать фрагменты. Затем оставшиеся фрагменты переходят к тесту глубины, который, может отбросить еще больше фрагментов. Трафаретный тест основан на содержимом еще одного буфера, называемого трафаретным буфером. Мы можем обновлять его во время рендеринга для достижения интересных эффектов.

Кубические карты

Parallax Mapping

Normal Mapping

Тень — это отсутствие света. Если лучи от источника света не попадают на объект, так как поглощаются другим объектом, то первый объект находится в тени. Тени добавляют реализма к изображению и дают увидеть взаимное расположение объектов. Благодаря ним сцена приобретает "глубину". Сравните следующие изображения сцены с тенями и без:

Как можно заметить, тени делают намного более очевидным то, как объекты расположены друг относительно друга. Благодаря теням видно, что один из кубов висит в воздухе.

Тени сложновато реализовать, особенно потому что реалтайм алгоритм для идеальных теней ещё не придуман. Существуют несколько хороших способов для приблизительного рассчёта теней, но они все имеют свои особенности, которые надо принимать во внимание.

Один из методов — карты теней (shadow maps) — относительно простой в реализации, используется в большинстве видеоигр и даёт достойные результаты. Карты теней не так уж и трудно понять, они довольно дёшевы с точки зрения производительности и их легко улучшить до более продвинутых алгоритмов (типа теней от точечного источника света или каскадных карт теней)

При записи во фреймбуфер значения яркости цветов приводятся к интервалу от 0.0 до 1.0. Из-за этой, на первый вгляд безобидной, особенности нам всегда приходится выбирать такие значения для освещения и цветов, чтобы они вписывались в это ограничение. Такой подход работает и даёт достойные результаты, но что случится, если мы встретим особенно яркую область с большим количеством ярких источников света, и суммарная яркость превысит 1.0? В результате все значения, большие чем 1.0, будут приведены к 1.0, что выглядит не очень красиво:

Так как для большого количества фрагментов цветовые значения приведены к 1.0, получаются большие области изображения, залитые одним и тем же белым цветом, теряется значительное количество деталей изображения, и само изображение начинает выглядеть неестественно.

Решением данной проблемы может быть снижение яркости источников света, чтобы на сцене не было фрагментов ярче 1.0: это не лучшее решение, вынуждающее использовать нереалистичные значения освещения. Лучший подход заключается в том, чтобы разрешить значениям яркости временно превышать яркость 1.0 и на финальном шаге изменить цвета так, чтобы яркость вернулась к диапазону от 0.0 до 1.0, но без потери деталей изображения.

Дисплей компьютера способен показывать цвета с яркостью в диапазоне от 0.0 до 1.0, но у нас нет такого ограничения при расчёте освещения. Разрешая цветам фрагмента быть ярче единицы, мы получаем намного более высокий диапазон яркости для работы — HDR (high dynamic range). С использованием hdr яркие вещи выглядят яркими, тёмные вещи могут быть реально тёмными, и при этом мы будем видеть детали.