В чем смысл Z-буферизации, как я представляю, что сцену с парой тысяч полигонов он за 10 лет не нарисует?

Question

[Kiril1221]

Читаю про z-буфер, и эти примеры с 2 кубами, или 4 линиями, сразу вопрос, а что если там, ну самая обычная игровая сцена из Skyrim-а или любой другой игры 21 века, там же несколько миллионов граней, то есть 100 деревьев стоящих друг за другом, и что 99 деревьев будут обрисованы, и потом перекрыты 100.
Либо я что-то не понимаю, либо его не используют лет так 30.

Comments

[Victor Bomberow]

Рисует не CPU, а видеокарта, которая спроектирована по принципу SIMD.

Answer 1

[Сергей П]

Z-буферизация нужна чтобы корректно пересекать объекты сложной формы.
В современной графике всё сложнее, но z-буферизация никуда не денется никогда. Это просто еще один приём, чтобы достичь каких-то конкретных целей.
Вообще нарисовать 2к полигонов - это плёвое занятие для современных видео-карт. Важно же, чтобы сквозь прорехи в листве этого вашего сотого дерева проглядывали деревья или какие-то другие объекты позади.
Полигоны сортируются по расстоянию до камеры. Сначала рисуются наиболее удаленные, потом те, что ближе.
Z-буфер, кстати, используется не только для определения перекрытия объектов, но и для быстрого поиска объектов под лучом.

Comments

[Kiril1221]

допустим есть файл, где расписаны вершины, ребра, грани, текстуры для граней. То я должен сразу все эти объекты представить в растровом формате. И хранить это(если памяти хватит), и уже когда рисовать, брать
и заполнить в массив z-буфера их цвет. И накладывать если их z меньше.
И еще правильно ли я понимаю что depth - это z координата точки для камеры от точки (0,0,z).

[Сергей П]

Kiril1221,

я должен сразу все эти объекты представить в растровом формате

Что вы под этим подразумеваете?

заполнить в массив z-буфера их цвет

z-буфер - это двумерный массив, размером с экран (вернее с ту область, которую рендерят) и в каждом элементе этого массива хранится расстояние от камеры до ближайшей к камере точки пересечения луча с объектом. Там не хранится цвет. Цвет в другом буфере.
Технически это можно реализовать очень по-разному. Ничто не мешает хранить глубину в отдельном канале четырёхканального изображения.

И еще правильно ли я понимаю что depth - это z координата точки для камеры от точки (0,0,z).

Не правильно. для каждого пикселя изображения depth - это расстояние (или квадрат расстояния) от камеры до ближайшей к камере точки пересечения луча из камеры через пиксель с каким-то объектом.

[#]

(переместил в ответ)

[Сергей П]

#:

просто по тому что нет других вариантов

Ну, строго говоря, есть. Всегда есть варианты. Просто z-буфер - это довольно эффективное и точное решение решение. Можно пользоваться исключительно алгоритмом художника, но это повлечет за собой цепочку проблем, которые как домино лавинообразно усложнят код или оставят огрехи в изображении. Если у нас всё состоит из треугольников, то вполне можно точно пересекать их решая уравнение для поиска пересечения плоскостей и разбивая треугольники по линиям пересечения, чтобы дальше работать алгоритмом художника. Тут та же проблема, что и выше. Плодятся новые полигоны, растёт сложность кода.
И это еще без учета полу-прозрачных текстур, без шейдеров, без преломлений и прочих штук. z-буфер - это концепция, а не серебряная пуля. Реальное его применение - это часть большого и сложного процесса рендера сцены.

[#]

Сергей Паньков, о как! ))
- спасибо за инфу Алгоритм художника

z-буфер - это концепция, а не серебряная пуля

а ни кто и не претендовал )) .. это вопрос эрудиции в теме, которая, в свою очередь, зависит от востребованности на пройденном проф пути ))
..

Реальное его применение - это часть большого и сложного процесса рендера сцены

если бы я ни чего об этом не знал, то и не отвечал бы тут ))
но раз узнал что то еще - буду помнить, спасибо! ))

[Сергей П]

#, да мой ответ хоть вам и адресовался, но фактически предназначался топикстартеру.
А вам для общей эрудиции, наверно, будет интересно узнать о такой штуке как Ray Marching.
Залипательная и завораживающая элегантная концепция. Чем-то элегантнее даже рейтрейсинга (с рейтресингом у меня, кстати, вот пример не самого короткого кода из очень старых экспериментов, пардон, я далёк от фронтенд-разработки=).

[#]

Сергей Паньков, эмм.. разрывает чутка.. между "куда заныкать?" и "надо ли?".. ))
сам болел 3Д оч давно )).. (ну в смысле ОЧЕНЬ давно ))
и (видимо) так же далёк от фронтенд )))..

.. эмм.. смотрю ролик.. но с ходу - матан (растояния на пространстве функций и их метрики) это "мат.анализ" (ну или так это называлось в моем ВУЗе )))

[Сергей П]

#, ну по сути там все просто. Я вот об этом

но с ходу - матан

Если не вдаваться в то, как он там фракталы рисует, то концепция простая, как топор:
Меряем расстояние от камеры до поверхности объекта, двигаем на это расстояние точку вдоль луча через пиксель. И так по кругу пока не упрёмся в ноль.

[#]

Сергей Паньков,

Если не вдаваться в то, .. то концепция простая, как топор

она везде такая

Answer 2

[Александр Скуснов]

Обычно для дерева применяют технологию billboard, т.е. плоский прямоугольник, который поворачивается лицом к камере. Т.е. 100 деревьев - 100 квадратов, 200 треугольников, нарисовать - раз плюнуть (самих текстур может быть не очень много, но у каждого дерева можно менять размеры и цвет).
Z-буфер нужен, если лень сортировать объекты по удалённости от камеры. Иногда вообще это нельзя сделать для пересекающихся объёмных тел.

Comments

[GavriKos]

billboard Для деревьев уже давно не применяется. Для листьев еще может быть, но не для деревьев.

Answer 3

[Александр Павлюк]

Во всех современных играх используется z-buffer. В том числе всяких GTA V.
И если рисовать сначала ближние объекты, то отрисовка перекрытых z-буфером фрагментов будет аппаратно отсекаться видеокартой, а это очень быстро. Полностью они отрисовываться чаще всего не будут.
Плюс, в игре никогда не будет ситуации с 99 полнополигональными деревьями на одной линии, ибо кроме z-буфера используются и другие технологии.
Например, благодаря LOD, полное количество полигонов будет только у самых ближних объектов, а чем дальше объект, тем более низкополигональная его версия будет подставляться вместо него. Вместо самых далеких объектов вообще будут плоские картинки.
Благодаря деревьями видимости из кадра будет убираться часть объектов, которые сейчас не должны быть видимы камерой, они просто не будут рисоваться, потому что движок поймет, что они перекрыты от взгляда.
итд...

Есть способы местами обойтись без z-буфера. Например, для помещений используют двоичные деревья, чтобы рисовать стены в порядке от самых ближних к самым дальним.
Плюс, для объектов с прозрачностью z-буфер использоваться вообще невозможно, приходится сортировать грани и рисовать их в порядке от дальних к ближним, чтобы прозрачность корректно накладывалась.
Короче, нюансов вагон и маленькая тележка.

Советую на хабре почитать серию постов "как рендерится кадр в игре n" https://habr.com/ru/company/ua-hosting/blog/271931/ там довольно хорошо показаны все шаги, в том числе z-буфер.