• Поля расстояний Raymarching-а: объяснение и реализация в Unity

    • Перевод
    image

    Raymarching — это достаточно новая техника, используемая для рендеринга сцен реального времени. Она особенно интересна тем, что полностью вычисляется в шейдере экранного пространства. Другими словами, рендерер не получает доступа к данным мешей и сцена отрисовывается на одном четырёхугольнике, покрывающем всю область видимости камеры. Объекты в сцене задаются аналитическим уравнением, описывающим кратчайшее расстояние между точкой и поверхностью всех объектов сцены (поэтому полностью техника называется полями расстояний Raymarching-а). Оказывается, что даже при наличии только этой информации мы можем создавать поразительно сложные и красивые сцены. Более того, благодаря тому, что мы не используем полигональные меши (и вместо них применяются математические уравнения), здесь, в отличие от традиционного рендерера, можно задавать идеально плавные поверхности.


    Snail Иниго Килеза была полностью создана при помощи raymarching. Другие примеры подвергнутых raymarching-у сцен можно найти на Shadertoy.

    В этой статье мы сначала расскажем о фундаментальных понятиях и теории raymarching, а затем покажем, как реализовать простейший raymarcher в игровом движке Unity. Далее мы продемонстрируем, как на практике встроить raymarching в настоящую игру на Unity, позволив объектам с raymarching-ом перекрываться обычными GameObjects.

    Полный код можно найти в этом репозитории Github.
    Читать дальше →
    • +16
    • 2,6k
    • 5
  • 3D ML. Часть 1: формы представления 3D-данных

    • Tutorial


    Сегодня появляется все больше 3D датасетов и задач, связанных с 3D данными. Это связано с развитием робототехники и машинного зрения, технологий виртуальной и дополненной реальности, технологий медицинского и промышленного сканирования. Алгоритмы машинного обучения помогают решать сложные задачи, в которых необходимо классифицировать трехмерные объекты, восстанавливать недостающую информацию о таких объектах, или же порождать новые. Несмотря на достигнутые успехи, в области 3D ML остаются еще нерешенными ряд задач, и эта серия заметок призвана популяризировать направление среди русскоязычного сообщества.


    В первой части будут рассмотрены основные формы и форматы представления пространственных данных и их особенности.

    Читать дальше →
  • Монитор объемного изображения

      К нам обратился инженер, занимающийся проблемой объемных растровых изображений, с просьбой инвестирования в его проект. Ему требовалось около 2 млн. рублей для покупки высокоточного фрезерного станка, материалов и нескольких месяцев заработной платы для него и помощника.

      Он хотел создать световую панель с множеством мельчайших источников света. Технология была следующей: на органическое стекло наносятся в определённом порядке небольшие точки-царапины, а с торца используется светодиодная подсветка. Далее на стекло накладывается пленка с сотовым изображением, которое очень точно должно совпадать с источниками света. Лучи, проходя через пленку, должны были формировать объемное изображение.


      Читать дальше →
    • Как работает рендеринг 3D-игр: освещение и тени

      • Перевод
      Реализация подавляющего большинства визуальных эффектов в современных играх зависит от продуманного использования освещения и теней. Без них игры были бы скучными и безжизненными. В четвёртой части анализа рендеринга 3D-игр мы сосредоточимся на том, что происходит в 3D-мире наряду с обработкой вершин и наложением текстур. Нам снова понадобится много математики, а также уверенного понимания основ оптики.

      Часть 1: обработка вершин

      Часть 2: растеризация и трассировка лучей

      Часть 3: текстурирование и фильтрация текстур

      Вспомним пройденное


      Ранее мы рассматривали ключевые аспекты перемещения и обработки объектов в сценах, их преобразования из трёхмерного пространства в плоскую сетку пикселей, а также способы наложения текстур на эти объекты. В течение многих лет такие операции составляли основную часть процесса рендеринга, и мы можем увидеть это, вернувшись в 1993 год и запустив Doom компании id Software.


      По современным стандартам использование света и тени в этой игре было очень примитивным: источники освещения не учитывались, каждой поверхности на основании её вершин давалось общее значение цвета или значение освещённости окружения. Все признаки теней создавались благодаря хитрому использованию текстур и выбору цвета окружения.

      Теней не было, потому что они не входили в задачу программистов: PC того времени представлял собой процессор на 66 МГц (то есть на 0,066 ГГц!), жёсткий диск на 40 МБ и 512-килобайтную графическую карту с минимальными 3D-возможностями. Перенесёмся на 23 вперёд: в знаменитой перезагрузке серии мы видим совершенно другую историю.


      Для рендеринга этого кадра использовалось множество технологий, он может похвастаться такими этапами, как screen space ambient occlusion, pre-pass depth mapping, фильтры размытия боке, операторы тональной коррекции, и так далее. Расчёт освещения и затенения каждой поверхности выполняется динамически: они постоянно изменяются в зависимости от условий окружающей среды и действий игрока.
      Читать дальше →
      • +25
      • 6,4k
      • 4
    • Библиотека ttf2mesh — преобразование TrueType шрифтов в сетку

        Многим известна проблема трёхмерной графики — отсутствие легковесных кроссплатформенных решений в вопросе вывода текста.


        Большинство реализаций позволяет использовать выбранный шрифт в виде текстуры. Публикуемая библиотека ttf2mesh реализует другой способ — она преобразует векторные символы TrueType шрифта в сеточные объекты. Это позволяет выводить текст в виде набора треугольников.


        image


        Такой подход имеет как важные преимущества, так и недостатки. Сложность описываемой далее задачи и созерцание великолепных форм шрифтового дизайна доставили массу удовольствия при разработке. Надеюсь, и Вам понравится.

        Читать дальше →
      • Как перенести шейдер из игрового движка в Substance Painter

        • Tutorial
        Меня зовут Тарас Улейский, я Technical Artist в Plarium Kharkiv. Для оптимизации графики нашей Survival RPG на мобильных устройствах мы использовали свои кастомные шейдеры. Они предполагают использование уникальных текстур и карт, которые не похожи на текстуры и карты в других популярных способах шейдинга. В результате 3D-художникам не совсем понятно, как создавать эти текстуры для ассетов в игре. Чтобы сразу можно было увидеть, как 3D-модель будет выглядеть в движке игры на этапе текстурирования, я перенес шейдер в Substance Painter. Материалов по API в Substance Painter на данный момент практически нет, я изучил эту тему самостоятельно, поэтому решил поделиться своими наработками.

        Читать дальше →
        • +12
        • 2,5k
        • 6
      • История потоковых мультипроцессоров Nvidia

        • Перевод

        Последние выходные я потратил на освоение программирования CUDA и SIMT. Это плодотворно проведённое время закончилось почти 700-кратным ускорением моего «рейтрейсера на визитке» [1] — с 101 секунд до 150 мс.

        Такой приятный опыт стал хорошим предлогом для дальнейшего изучения темы и эволюции архитектуры Nvidia. Благодаря огромному объёму документации, опубликованному за долгие годы «зелёной» командой, мне удалось вернуться назад во времени и вкратце пройтись по удивительной эволюции её потоковых мультипроцессоров.

        В этой статье мы рассмотрим:

        Год    Поколение       Серия      Кристалл    Техпроцесс      Самая мощная карта
        ===========================================================================
        2006    Tesla      GeForce 8          G80        90 nm             8800 GTX 
        2010    Fermi      GeForce 400      GF100        40 nm              GTX 480
        2012    Kepler     GeForce 600      GK104        28 nm              GTX 680
        2014    Maxwell    GeForce 900      GM204        28 nm          GTX  980 Ti
        2016    Pascal     GeForce 10       GP102        16 nm          GTX 1080 Ti
        2018    Turing     GeForce 20       TU102        12 nm          RTX 2080 Ti

        Тупик


        Вплоть до 2006 года архитектура GPU компании NVidia коррелировала с логическими этапами API рендеринга[2]. GeForce 7900 GTX, управлявшаяся кристаллом G71, состояла из трёх частей, занимавшихся обработкой вершин (8 блоков), генерацией фрагментов (24 блоков), и объединением фрагментов (16 блоков).


        Кристалл G71. Обратите внимание на оптимизацию Z-Cull, отбрасывающую фрагмент, не прошедший бы Z-тест.

        Эта корреляция заставила проектировщиков угадывать расположение «узких места» конвейера для правильной балансировки каждого из слоёв. С появлением в DirectX 10 ещё одного этапа — геометрического шейдера, инженеры Nvidia столкнулись со сложной задачей балансировки кристалла без знания того, насколько активно будет использоваться этот этап. Настало время для перемен.
        Читать дальше →
        • +22
        • 5,4k
        • 3
      • AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

        Подробнее
        Реклама
      • Алгоритм быстрого и простого объёмного рендеринга

        • Перевод

        Недавно я написал небольшой ShaderToy, выполняющий простой объёмный рендеринг, а затем решил опубликовать пост с объяснением его работы. Сам интерактивный ShaderToy можно посмотреть здесь. Если вы читаете с телефона или ноутбука, то рекомендую посмотреть эту быструю версию. Я включил в пост фрагменты кода, которые помогут вам понять работу ShaderToy на высоком уровне, но в них есть не все подробности. Если вы хотите разобраться глубже, то рекомендую сверяться с кодом ShaderToy.

        У моего ShaderToy были три основные задачи:

        1. Выполнение в реальном времени
        2. Простота
        3. Физическая корректность (… или типа того)

        Я начну с этой сцены с кодом-заготовкой. Не буду вдаваться в подробности реализации, потому что она не очень интересна, но вкратце расскажу, с чего мы начинаем:

        1. Трассировка лучей непрозрачных объектов. Все объекты являются примитивами с простыми пересечениями с лучами (1 плоскость и 3 сферы)
        2. Для вычисления освещения используется затенение по Фонгу, а в трёх сферических источниках света применется настраиваемый коэффициент затухания света. Лучи теней не требуются, потому что мы освещаем только плоскость.

        Вот как это выглядит:

        ShaderToy screenshot
        Читать дальше →
        • +51
        • 7,8k
        • 6
      • Анализ кадра Mortal Kombat 11

        • Перевод
        Mortal Kombat 11 — одна из самых впечатляющих внешне игр, вышедших в 2019 год: потрясающие лицевые анимации, тени, освещение и эффекты постобработки. И это ещё не учитывая того, что игра на самом деле увлекательна, имеет сложные бои и захватывающий сюжет.

        Я просто обязан был изучить рендерер Mortal Kombat 11, чтобы понять, как же достигается такая удивительная графика, а теперь поделюсь своими открытиями с вами.

        Проход вычисления теней


        Каждый кадр начинается с прохода теней (shadow pass).

        Shadow Depth 4x MSAA 4 Channel Comparison

        Каждая карта теней составляется из четырёх стенсил-карт глубин теней с суперсэмплированием (SSAA), которые затем преобразуются в четырёхканальную моментальную карту теней (Moment Shadow Map, MSM) [Peters et al. 2016]. В каждом из каналов хранятся $z$, $z^2$, $z^3$ и $z^4$.
        Читать дальше →
        • +24
        • 12,2k
        • 6
      • Реализация скелетной анимации для трёхмерных моделей

        Здравствуйте! В данный момент на Хабре существует большое количество статей, посвящённых компьютерной графике и реализации различных эффектов, однако текстов на тему реализации скелетной анимации (особенно "с нуля") достаточно немного. Постараюсь восполнить этот пробел с помощью данного текста с описанием технологии и примером несложной реализации на C++ и OpenGL 4.5 (SDL2).


        Читать дальше →
      • Анализ кода демо Second Reality

        • Перевод

        23 июля 2013 года был опубликован исходный код демо Second Reality (1993 год). Как и многим, мне не терпелось взглянуть на внутренности демо, которое так вдохновляло нас на протяжении всех этих лет.

        Я ожидал увидеть монолитный хаос из ассемблера, но вместо него я, к удивлению своему, обнаружил сложную архитектуру, изящным образом объединяющую несколько языков. Никогда раньше не видел я подобного кода, идеально представляющего два неотъемлемых аспекта разработки демо:

        • Командная работа.
        • Обфускация.

        Как обычно, свои заметки я сформировал статью: надеюсь, кому-нибудь это сэкономит несколько часов, и, возможно, вдохновит остальных читать больше исходного кода и становиться более опытными инженерами.

        Часть 1: введение


        Демо


        Прежде чем приступать к коду, дам ссылку на захват легендарного демо в HD-видео (Майкла Хата). Сегодня это единственный способ полноценно оценить демо без графических глитчей (даже DOSBox не может правильно его запускать).

        Читать дальше →
        • +32
        • 4,4k
        • 6
      • Рендеринг в 3D-играх: введение

        • Перевод

        Вы играете в свежую Call of Mario: Deathduty Battleyard на своём совершенном игровом ПК. Смотрите на прекрасный сверширокий 4K-монитор, любуясь великолепными пейзажами и замысловатыми деталями. Вас когда-нибудь интересовало, как графика попадает на экран? Задумывались, как игра заставляет компьютер всё это показать вам?

        Добро пожаловать в наш тур по рендерингу в 3D-играх: путешествие для начинающих, из которого вы узнаете, как создаётся один базовый кадр на экране.
        Читать дальше →
        • +27
        • 9,2k
        • 9
      • Пионеры студии Pixar получили премию Тьюринга и $1 млн

        • Перевод

        Эд Кэтмул и Пэт Ханрахан создали компьютерные технологии, вдохнувшие новую жизнь в анимацию, спецэффекты, виртуальную реальность и искусственный интеллект



        Эд Кэтмул и Пэт Ханрахан внесли огромный вклад в разработку технологии генерации изображений на компьютере (computer-generated imagery, или C.G.I.)

        В 1980-х Пэт Ханрахан был молодым студентом, изучавшим биофизику в Университете Висконсина-Мэдисон, когда он решил забросить работу с микроскопическими насекомыми и присоединиться к небольшой группе специалистов по информатике, нацелившихся снять кино.

        Руководил группой Эд Кэтмул, пионер компьютерной графики, ставший техническим директором новой компании Pixar. Фильм, который они решили снять, назывался «История игрушек». Он вышел в 1995 году, и стал вехой на пути развития анимационных фильмов.

        В марте 2020 Ассоциация вычислительной техники, старейшая и наиболее крупная международная организация в компьютерной области, пообещала наградить Ханрахана и Кэтмула в этом году премией Тьюринга за их работу над трёхмерной компьютерной графикой. К этой премии, которую часто называют нобелевкой в информатике, прилагается денежный приз размером в $1 млн, который двое пионеров CGI разделят между собой.
        Читать дальше →
      • Как работает рендеринг 3D-игр: текстурирование и фильтрация текстур

        • Перевод
        image

        В третьей статье о рендеринге в 3D-играх мы узнаем, что происходит с 3D-миром после завершения обработки вершин и растеризации сцены. Текстурирование — один из самых важных этапов рендеринга, несмотря на то, что на нём всего лишь вычисляются и изменяются цвета двухмерной сетки разноцветных блоков.

        Большинство визуальных эффектов в современных играх сводится к продуманному использованию текстур — без них игры казались бы скучными и безжизненными. Так что давайте разберёмся, как всё это работает!

        Часть 1: обработка вершин

        Часть 2: растеризация и трассировка лучей

        Начнём с простого


        Можно взять любые трёхмерные игры-бестселлеры, выпущенные за последний год, и с уверенностью сказать, что все они имеют нечто общее: в них используются текстурные карты (или просто текстуры). Это настолько распространённый термин, что думая о текстурах, большинство людей представляет одинаковую картинку: простой плоский квадрат или прямоугольник, содержащий изображение поверхности (травы, камня, металла, ткани, лица и т.д.).

        Но при многослойном использовании и комбинировании с помощью сложных вычислений такие простые изображения в 3D-сцене могут создавать поразительно реалистичные изображения. Чтобы понять, как такое возможно, давайте полностью их отключим и посмотрим, как будут выглядеть объекты 3D-мира без текстур.
        Читать дальше →
        • +33
        • 10,6k
        • 7
      • Простой шейдер для точечных источников света в тумане

        • Перевод
        Мне нужен был простой и быстрый шейдер, создающий туман, освещённый точечными источниками света. Для его реализации я написал эффект экранного пространства, результаты работы которого показаны ниже. Конвейер почти столь же прост, что и для обычных точечных источников. Он не требует структур данных объёмов, ray marching, и может быть без проблем подключен к уже существующему шейдеру освещения.

        Важнейший принцип заключается в том, что можно вычислить в замкнутой форме свет, исходящий из тумана, как будто он освещён точечным источником освещения. Моё решение заключалось в поиске формулы и её подстановке в шейдер.


        Небольшая сцена с космическим кораблём, отрендеренная в тумане при помощи моей техники
        Читать дальше →
        • +11
        • 2,5k
        • 3
      • Процедурная гидрология: динамическая симуляция рек и озёр

        • Перевод
        Примечание: полный исходный код проекта выложен на Github [здесь]. В репозитории также содержится подробная информация о том, как читать и использовать код.

        После реализации симуляции гидравлической эрозии на основе частиц я решил, что возможно будет расширить эту концепцию для симуляции других аспектов поверхностной гидрологии.

        Я исследовал уже существующие методики процедурной генерации рек и озёр, но найденные результаты меня не устроили.

        Основной задачей многих методов является создание систем рек (очень красивых) при помощи различных алгоритмов (иногда на основании заранее созданной карты высот или обратной задачи), но им недостаёт сильной реалистичной связи между рельефом и гидрологией.

        Кроме того, на некоторых ресурсах рассматривается обработка модели воды на рельефе в целом и используют симуляцию жидкостей высокой сложности.

        В этой статье я продемонстрирую свою попытку преодоления этих проблем при помощи техники, расширяющей возможности симуляции гидравлической эрозии на основе частиц. Также я объясню, как в целом решаю задачу «воды на рельефе».

        В своём методе я стремлюсь одновременно и к простоте, и к реализму ценой небольшого повышения сложности базовой системы эрозии. Рекомендую прочитать мою предыдущю статью об этой системе [здесь, перевод на Хабре], потому что новая модель строится на её основе.
        Читать дальше →
        • +22
        • 3,7k
        • 4
      • Как демо Memories умещается в 256 байт

        • Перевод

        Введение


        Привет! Меня зовут «HellMood», а эта статья посвящена небольшой программе для MS DOS под названием «Memories». Эта программа имеет размер 256 байт, она выиграла в категории «PC 256 byte» соревнований демосцены «Revision» 2020 года, а также получила приз зрительских симпатий. Видео вывода программы можно посмотреть здесь, а видео с реакцией онлайн-аудитории и модераторов — здесь. Скачать релиз и оставить комментарии можно здесь. В этой статье будет представлен глубокий анализ программы, рассказано об исторических отсылках и этапах разработки. Статья выложена в sizecoding wiki. Она не только позволит вам понять внутреннее устройство «Memories», но и поможет самим создать нечто похожее. Изучите её! Если вы новичок в sizecoding-е (написании программ в рамках нужного размера) или в ассемблере x86, то рекомендуется начинать с основ этой wiki. Принципы понять легко, но с подробностями реализации разобраться бывает не так просто.

        Краткий обзор


        В этой статье мы будем говорить об отправленной на конкурс версии для DosBox (256 байт). В архиве также содержатся версии для FreeDos и Windows XP DOS, которые на момент написания поста работали не на всех компьютерах. Эти альтернативные версии были включены в архив как proof of concept, чтобы показать, что программа не только работает в эмуляторе. В категории «PC 256 bytes» соревнований «Revision» 2020 года можно было указать в качестве платформы «FreeDos» или «DosBox» (последняя в конкретной конфигурации). Как доказывают альтернативные версии, на самом деле можно модифицировать версию для DosBox так, чтобы она работала во FreeDos, MS DOS, WinXP и Win98, но статья будет не об этом.
        Читать дальше →
      • Повторная проверка Newton Game Dynamics статическим анализатором PVS-Studio

          Рисунок 1

          Недавно на просторах интернета мной был обнаружен физический движок Newton Game Dynamics. Зная, что в таких проектах обычно большой объём сложного кода, я подумал, что будет интересно проверить его статическим анализатором PVS-Studio. Мой энтузиазм ещё больше подстегнуло то, что мой коллега Андрей Карпов уже проверял данный проект в 2014 году, а значит, это ещё и хорошая возможность продемонстрировать развитие нашего анализатора за последние шесть лет. Также стоит отметить, что на момент написания статьи последний релиз Newton Game Dynamics датирован 27 февраля 2020 года, то есть данный проект тоже активно развивается последние 6 лет. Таким образом, надеюсь, что помимо нашей команды, данная статья будет интересна и разработчикам движка, которые смогут избавиться от некоторых багов и исправить свой код.
          Читать дальше →
        • 3D своими руками. Часть 2: оно трехмерное

          • Tutorial


          В предыдущей части мы разобрались, как выводить на экран двумерные объекты, такие как пиксель и линия (отрезок), но ведь хочется поскорее создать что-то трехмерное. В этой статье впервые попробуем вывести 3D-объект на экран и познакомимся с новыми математическими объектами, такими как вектор и матрица, а также некоторыми операциями над ними, но только с теми, которые применим на практике.
          Продолжить обучение
          • +14
          • 4,8k
          • 5
        • Миллион спрайтов при 120 с лишним fps

          • Перевод
          image

          Если вы побродите по форуму DOTS, то можете встретить там подобные посты о том, как автор написал библиотеку, способную рендерить миллион анимированных спрайтов, и всё равно получает только 60fps. Я создал собственный рендерер спрайтов DOTS, который достаточно хорош для нашей игры, но он не способен справиться с миллионом. Мне стало любопытно.

          Поэтому я форкнул репозиторий и решил проверить, можно ли использовать его в Academia. Я немного поэкспериментировал с ним, посмотрел, как он рендерит один спрайт, сотню, затем тысячи. Выяснилось, что он не совсем готов к использованию в нашей игре. В нём отсутствуют некоторые аспекты, например, сортировка спрайтов сзади вперёд. Я попытался написать хак этой функции. Когда я читал код, то осознал, что возможно стоит написать совершенно новую библиотеку, которую мы сможем использовать. Мне только нужно было разобраться, как он рендерит спрайты, а принцип я уже понял.
          Читать дальше →
          • +11
          • 3,7k
          • 2

        Самое читаемое