用BSP优化3D渲染

2024-03-23 06:52
文章标签 优化 3d 渲染 bsp

本文主要是介绍用BSP优化3D渲染,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

3D渲染引擎设计者面临的最大问题之一是可见性计算:只必须绘制可见的墙壁和物体,并且必须以正确的顺序绘制它们(应该在远处的墙壁前面绘制近墙) 。 更重要的是,对于游戏等应用程序来说,开发能够快速渲染场景的算法非常重要。 因此,现在存在多种解决可见性计算问题的方法。

二进制空间分区 (BSP) 是一种可用于大大加快 3D 渲染中可见性计算速度的技术。 它已被多款著名游戏使用,例如《Doom》和《Quake》。

  • Map — 这是指正在渲染的区域:在游戏中,这是游戏地图或关卡。
  • Viewpoint——我们渲染的视角
  • Field of View — 视野,从视点的位置和角度可见的地图区域

使用 Doom 使用的二维地图示例来解释该系统。 然而,BSP 可以轻松扩展到 3 维(或更多?)——代替 2 维线,可以使用 3 维平面等。

1、预先计算

在渲染地图之前,我们必须对其执行大量计算。 然而,一旦执行这些计算,其结果就可以多次使用。 这是 BSP 的优点之一——一旦执行了计算,就不需要再次执行,除非地图发生更改。 BSP 只允许“静态”地图,或者不移动的地图。 如果地图有任何移动部分,那么它们必须单独渲染。

必须做的是将地图划分为凸多边形。 凸多边形是所有内角都小于或等于180度的多边形。 例如,以下形状是凸多边形:

然而,以下形状不是凸形的:

如果地图被认为是一个非凸多边形,我们可以通过在其上画一条分界线将其分成两个子多边形。 例如,考虑以下地图:

将这个多边形一分为二时,我们创建了两个“子多边形”。 这种划分可以用一个简单的树来表示:

现在可以递归地划分两个子多边形中的每一个。 每个分支都会为树产生一个新的“分支”。 递归一直持续到地图被划分为凸多边形,即树的“叶子”。

出于显而易见的原因,如果可能的话,希望保持树“平衡”:也就是说,保持树两侧的高度大致相等。

2、渲染

使用 BSP 树的渲染也是使用递归算法完成的。 最常见的方法是从根节点(树的顶部)开始并递归地向下工作。 这就是为什么需要保持树平衡:这减少了递归的数量。 递归到大深度可能会显着减慢渲染速度。

可见性排序系统的核心在于渲染函数递归的顺序。 也就是说,给定节点的左子树还是右子树是否先渲染。 对于任何特定节点,都有一条分界线,将其分为两个子节点。 如果这条线延伸到无穷远,我们渲染的视点可以被认为是在“左”或“右”侧。 视点所在的一侧决定首先渲染哪个子节点。

请注意,实际上有两种执行渲染的方式:

  • 从后到前

在从后到前的渲染器中,首先渲染远处的墙壁,并被较近的墙壁遮挡。 这是上图中使用的系统。 从后到前渲染的缺点之一是过度绘制 - 绘制的部分墙壁被较近的墙壁遮挡而看不到。 这是不必要的开销。

  • 从前到后

从前到后渲染器以相反的方式工作:首先渲染较近的墙壁,然后将较远的墙壁剪裁到已绘制的墙壁上。 因为它没有过度绘制,所以几乎所有实用的 BSP 渲染器都使用从前到后的方法。

因此,简单的从后到前渲染器的一些示例伪代码将是:

function render(node)
{if this node is a leaf{draw this node to the screen}else{determine which side of the dividing line the viewpoint isif it is on the left side{render(right subnode)render(left subnode)}else{render(left subnode)render(right subnode)}}
}

bsp 树的主要缺点是整个地图必须是静态的(不可移动)——如果其中一部分移动,则必须重建整个树。 克服这个问题的一种方法是将静态和移动部分分开,并分别渲染它们。

3、BSP 树的其他用途

除了可见性排序之外,BSP 树还有许多其他用途。 其中之一是,以分层方式划分地图(例如这样)允许将地图的大部分排除在渲染过程之外 - 如果所有特定节点都在视点的视野之外,则该节点可以从渲染中丢弃。 这是加速渲染引擎的快速有效的方法。

这棵树还可以用于许多其他效果,例如阴影。

这篇关于用BSP优化3D渲染的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/837496

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