Coverage Buffer из CryENGINE в деталях

Автор: Damon Wall

Тут кратко описывается Coverage Buffer (технология из CryENGINE для Occlusion Culling), а также приводится информация по практическому использованию данного метода.

Некоторое время назад я наткнулся в замечательной презентации Secrets of CryEGNINE 3 Graphics Technology от не менее замечательных Nickolay Kasyan, Nicolas Schulz и Tiago Sousa на описание любопытной технологии, названной авторами
Coverage Buffer. (с самой презентацией можно ознакомиться тут http://www.slideshare.net/TiagoAlexSousa/secrets-of-cryengine-3-g… cs-technology)
Технология представлена как основной метод окклюжен куллинга, активно используемый начиная с Crysis 2. Так как никакого внятного пейпера по данной технологии Crytek не предоставили, а разобраться
было интересно, то пришлось плясать с тем, что имеем.

Что?

Итак, идея, по словам авторов презентации, заключается в следующем.

Получить depth-buffer предыдущего кадра
Сделать репроекцию в текущий кадр
Софтварно растеризуя BBox'ы объектов, проверять, видны ли они камере - и рисовать/не рисовать

Метод в принципе не содержит никаких революционных идей, отличие от основного конкурента - Software Occlusion Culling - заключается в том в том методе
нам необходимо строго поделить объекты на категории Occluder/Occludee, что не всегда возможно сделать.

Итак, еще раз кратко резюмируя, каковы плюсы этого метода?

+ не нужно разделять объекты на occluder/occludee
+ использование уже готового depth buffer

ну и очевидные минусы:

- ошибка связанная с отставанием на 1 кадр (репроекция полностью не решает данную проблему)
- оверхед при полной видимости объектов, связанный с манипуляциями с depth buffer (downscale, lock и т.д.)

Где?

Так уж получилось, что я гуглил в сторону Occlusion Culling не просто так, на проекте необходимо было решить довольно важную задачу, связанную с тормозами, возникающими
из-за огромного лесного массива. Речь идёт, конечно же, о горячо любимом мною Life is Feudal. (Все скрины ниже будут оттуда)

Итак, вкратце суть изначальной проблемы.

Есть остров, густо засаженный деревьями. Рисуется всё это действо на движке Torque3D.

Из оптимизаций, изначально встроенных в движок, есть неплохая система батчинга/биллбордов для дальних деревьев и инстансинга для тех, которые поближе.
Однако, решение "рисовать/не рисовать" принимается по дефолту исключительно в результате frustum culling'а (т.е. мы смотрим, попадает ли данное дерево/батч в пирамиду,
и, если попадает, то рисовать).

Однако, такой подход не вполне оправдывает себя в случае действительно больших лесных массивов с десятками тысяч деревьев. В этом случае попадают во фрустум (и как следствие, рисуются)
те деревья, которые находятся за стеной, горой и другими деревьями. Из-за этого бюджет кадра терпит катастрофические потери: даже смотря сквозь стену в направлении центра острова,
рисование невидимых батчей и деревьев занимало порядко 20-30мс, что, в общем-то, вплотную приближается к рассчетному бюджету кадра (33мс).

Как результат, игроки получали драматическое падение ФПС просто глядя в направлении центра острова.

gbr | Coverage Buffer из CryENGINE в деталях

mapsmall | Coverage Buffer из CryENGINE в деталях

Для решения данной задачи было решено воспользоваться технологией Coverage Buffer. Если бы я писал, например, диплом, то тут бы стоило сделать обзор всех остальных методов OC, обозначить плюсы и минусы,
и обосновать, почему был выбран именно этот.
К счастью, это не диплом, потому ограничусь одним предложением:
После чтения многочисленных пейперов и статей, переписки и бесед с более мудрыми и опытными коллегами было решено опробовать этот метод, тем более, что в бою он уже
себя показал.

Осталось лишь посмотреть, как он покажет себя в нашей ситуации.

Когда? Как?

Теперь перейдём к техническим деталям и, собственно, коду.

Первая задача, которая встала - это получить depth buffer. Torque3D, который на момент написания статьи поддерживал DirectX только 9й версии, накладывал в этом
свете определённые ограничения.

Как получить Depth Buffer в DirectX 9?

Ответ нашёлся на сайте Араса Пранцкявичуса (я не уверен, что правильно транслитерировал его фамилию), это главный render-guy известного движка Unity.
http://aras-p.info/texts/D3D9GPUHacks.html
Оказалось, что depth buffer получить в directX 9 все таки можно, но для этого нужно использовать специальный формат INTZ. Согласно официальной документации от AMD и NVidia, все видеокарты,
выпущенные начиная с 2008го года, поддерживают данный формат (для более ранних есть RAWZ), так что можно без особых опасений пользоваться
данным хаком.
Ссылки на документацию: AMD и NVidia

Код использования тривиален, взят из одного из пейперов вверху, приведу его тут чтобы, так сказать, все яйца были в одной корзине.

+ INTZ

Дальнейшая подготовка Depth buffer'а

downscale до низкого разрешения (было выбрано 256х128)
lock + memcpy
reprojection

Всё тут достаточно тривиально, downscale делается с маской max (берется максимальное расстояние, ближе к камере, дабы
не закрыть чего лишнего), репроекция делается путём применения обратной матрицы от предыдущего кадра и новой - от текущего.
Возникшие пробелы "замазываются" maxValue, дабы не закрыть чего лишнего.

Итак, теперь есть depth buffer. Теперь дело за малым - софтварная растеризация ббоксов

Софтварная растеризация

Данную тему никак нельзя назвать нехоженной тропой, уже довольно много мусолили на разные лады. Однако внятной инструкции к
реализации найти не так-то просто. Самый полезный материал, который я нашёл по сабжу, был тут:
https://software.intel.com/en-us/blogs/2013/09/06/software-occlus… ling-update-2
Это крайне полезная интеловская демка по conventional occlusion culling, которую всем рекомендую - внутри много полезного.

Первая версия функции для софтварной растеризации была реализована в, так сказать, plain c++.
Она работала, но довольно медленно. Спасибо комраду bazhenovc, подсказал переписать на SSE.
Я по молодости с SSE еще не работал, но с божьей и интеловской помощью переписал на SSE, стало работать в 2-2.5 раза быстрее. Вот она, магия
SIMD. Делюсь кодом безвозмездно, юзайте на здоровье =)
Если вдруг кто заметит какие недочёты или возможности для оптимизации, очень прошу сообщить!

+ код

Собственно, всё, технология Coverage Buffer в общих чертах готова.

В процессе имплементации, правда, вскрылся еще ряд других сложностей и багов, связанных с рендером леса, на борьбу с которыми ушло в 20 раз больше времени,
чем на сам C-Buffer, но борьба с ними не входит в тему данного поста =)

Результаты

Использование технологии C-Buffer для интеллектуального OC для рендеринга леса
позволило уменьшить время рендера кадра на открытых пространствах от 5 до 20мс, а
в закрытых - до 30мс (в случаях, когда отсекается вся растительность).
Однако дало оверхед в 1.5-2мс при неэффективном отсечении (т.е. технология использована,
но ничего не отсеклось).

Резальты можно будет наблюдать в проекте после внимательного тестирования, в том
числе и на совместимость с архаичными машинами. Думаю, недели через две.

#coverage buffer, #occlusion culling

23 октября 2014

Комментарии [8]