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Tessellation:可编程式拆嵌细分曲面技术


DirectCompute 11在游戏技术中的应用

  DirectCompute 11在游戏技术中的应用,对于普通玩家,他们更关注这些新特性如何在画面品质上得以体现。

  前面已经说过,DirectX 11的诞生,本质上是希望将更多的程序运行放在GPU上来实现;这样可以使得更多的最新图形技术付诸实践,比如:镜像处理和过滤、顺序无关透明、物理加速、AI人工智能、光线追踪以及强化后的后期处理(阴影渲染)效果等等。在开始讲解这些应用之前,首先让我们来看看Tessellation(可编程拆嵌式细分曲面技术)
 

Tessellation:可编程式拆嵌细分曲面技术


DirectCompute 11在游戏技术中的应用

   事实上,最早在XBOX 360平台的图形核心Xenos上,ATI就带来了一项名为“Tessellation(可编程式拆嵌细分曲面技术)”的新技术。在后来的DX10 GPU时代,ATI推出的R6XX很热R7XX等DX10 GPUs,实际上都已经拥有这个Tessellation,只是实现方式,跟我们今天提到的DX11下的Tessellation,有少许区别。Tessellation实际上就是为了提升硬件的利用效率、用最低的资源获得最好的渲染效果而诞生的—简单点说,我们可以将它比作数据传输中的压缩技术,但是却不尽相同。


DirectCompute 11在游戏技术中的应用

        我们知道,在很多有关Tessellation的原理介绍中,都这样描述:“Tessellator可以将原始的图形分成很多更小的图形,然后它还可以将这些小图形组合到一起、形成一个新的几何图形,这种几何图形更复杂,当然也更为逼真。”打个比方,Tessellator技术可以让某个图形变成立方体,并通过旋转让其从底部看起来像是个球形。而事实上,这两者使用的是相同的数据!这样就达到了节省资源的目的。

DirectX11的Tessellation处理流程


Tessellation处理流程

        在DirectX 11系统中,Tessellation处理过程包括全新引入的外壳着色器(Hull Shader,简称HS)、镶嵌细分器(Tessellator)和域着色器(Domain Shader)三个组件。其中HS外壳着色器负责接收琐碎的图形数据和资料,镶嵌细分器(Tessellator)只负责分块处理,它根据HS的指令要求生成大批量的、确定数量的点,然后将数据传送给域着色器(Domain Shader),再由它来将这些点转换成3D处理中的顶点,最终就生成了相应的曲线和多边形。

        下面请看AMD此前做的一次Demo演示:硬件可编程式拆嵌细分曲面技术(Tessellation) via 三种不同的渲染模式。


第一种是最传统的凹凸贴图(Bump Mapping)

  第一种是最传统的凹凸贴图(Bump Mapping),又称为皱面贴图。Bump Mapping在每个待渲染的像素在计算光照之前都要加上一个从高度图中找到的扰动,得到的结果表面表现更加丰富、细致,更接近物体在自然界中真正的模样。在2560×1600分辨率下使用AMD Radeon HD 5870显卡上以Direct3D 11 API渲染(下同),帧率494FPS。


第二种是视差贴图(Parallax Occlusion Mapping)

  第二种是视差贴图(Parallax Occlusion Mapping),又称位移贴图(Offset Mapping)或者虚拟位移映射(Virtual Displacement Mapping),是凹凸贴图技术的改进和增强版本,现场渲染帧率72FPS。


最后也是最真实、自然的就是DX11中引入的拆嵌细分曲面(Detailed Tessellation/Tilling)

  最后也是最真实、自然的就是DX11中引入的拆嵌细分曲面(Detailed Tessellation/Tilling)了。这种技术简单地说就是使用线框填充平面,且没有重叠和空隙,平面的外表面不会再显得方方正正,最后渲染出来的物体表面也会具有更丰富、更真实的细节。从之前AMD的演示Demo来看,Radeon HD 5870渲染帧率达到了173FPS,对比视差贴图效果和性能都更好。


Tessellation技术能够极大程度提升游戏性能

       总言之, 如果开发者能够娴熟地运用Tessellation技术,那么就能够极大程度提升游戏性能,或者说在保有当前性能的条件下显著提升画面品质。微软之所以在DirectX 11中纳入这项技术,很大原因就是因为Tessellation确实具有显著的效果,以至于微软无法拒绝。

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