Representación de línea de exploración: Explorando el realismo visual a través de técnicas de renderizado Scanline

Por Fouad Sabry

Qué es Scanline Rendering

El Scanline Rendering es un algoritmo para la determinación de la superficie visible, en gráficos por computadora en 3D, que funciona fila por fila en lugar de un polígono. -por polígono o píxel por píxel. Todos los polígonos que se van a representar se ordenan primero por la coordenada y superior en la que aparecen por primera vez, luego cada fila o línea de escaneo de la imagen se calcula usando la intersección de una línea de escaneo con los polígonos al frente de la lista ordenada, mientras la lista ordenada se actualiza para descartar los polígonos que ya no son visibles a medida que la línea de escaneo activa avanza hacia abajo en la imagen.

Cómo se beneficiará

( I) Insights y validaciones sobre los siguientes temas:

Capítulo 1: Representación de líneas de escaneo

Capítulo 2: Algoritmo de Painter

Capítulo 3: Rasterización

Capítulo 4: Mapeo de texturas

Capítulo 5: Almacenamiento en búfer Z

Capítulo 6: Canalización de gráficos

Capítulo 7: Recorte (gráficos por computadora)

Capítulo 8: Determinación de la superficie oculta

Capítulo 9: Sombreador

Capítulo 10: Volumen de sombra

(II) Respondiendo a las principales preguntas del público sobre el renderizado de líneas de escaneo.

(III) Ejemplos del mundo real para el uso del renderizado de líneas de escaneo en muchos campos.

Para quién es este libro

Profesionales, estudiantes de pregrado y posgrado, entusiastas, aficionados y aquellos que quieran ir más allá del conocimiento o la información básica para cualquier tipo de Scanline Rendering.

 

• Idioma: Español
• Editorial: Mil Millones De Conocimientos [Spanish]
• Fecha de lanzamiento: 14 may 2024

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Renderizado de línea de escaneo

La representación de la línea de escaneo (también la representación de la línea de escaneo y la representación de la línea de escaneo) es un enfoque para determinar las superficies visibles en los gráficos de computadora 3D que funciona fila por fila en lugar de polígono por polígono o píxel por píxel. Cada fila o línea de escaneo de la imagen se calcula utilizando la intersección de una línea de escaneo con los polígonos en la parte frontal de la lista ordenada, mientras que la lista ordenada se actualiza para eliminar los polígonos que ya no son visibles a medida que la línea de escaneo actual avanza a lo largo de la imagen.

La principal ventaja de este método es que disminuye la cantidad de comparaciones entre aristas al ordenar los vértices a lo largo de la normal del plano de escaneo. Además, no es esencial traducir las coordenadas de todos los vértices de la memoria principal a la memoria de trabajo; Solo los vértices que forman aristas que cruzan la línea de exploración actual deben estar en la memoria activa, y cada vértice se lee solo una vez. La memoria principal suele ser mucho más lenta que el enlace entre la unidad central de procesamiento y la memoria caché; Por lo tanto, evitar volver a acceder a los vértices en la memoria principal podría dar lugar a una aceleración significativa.

Este tipo de algoritmo se puede combinar fácilmente con una variedad de otras técnicas gráficas, incluido el modelo de reflexión Phong y el algoritmo Z-buffer.

Los bordes de los polígonos proyectados normalmente se colocan en cubos, uno por línea de escaneo; el rasterizador mantiene una tabla de bordes (AET) activa. Las entradas conservan los vínculos de ordenación, las coordenadas X, los degradados y las referencias a los polígonos enlazados. Para rasterizar la siguiente línea de exploración, se eliminan los bordes irrelevantes y los bordes nuevos del cubo Y de la línea de exploración actual se colocan en orden de coordenada X. En las entradas de la tabla de bordes activa, X y otros parámetros aumentan. Las entradas de las tablas de bordes activas se mantienen en una lista ordenada por X, lo que provoca un cambio cuando dos bordes se intersecan. Después de actualizar las aristas, la tabla de aristas activa se recorre en X para emitir solo los tramos visibles, a la vez que se conserva una tabla Span activa ordenada en Z y se insertan y eliminan superficies cuando se cruzan las aristas.

Un híbrido de esto y el búfer Z elimina la clasificación activa de la tabla de bordes y rasteriza una línea de escaneo a la vez en un búfer Z, al tiempo que mantiene los intervalos de polígonos activos de una línea de escaneo a la siguiente.

En una segunda forma, un búfer de ID se rasteriza en una etapa intermedia, lo que permite retrasar el sombreado de los píxeles visibles resultantes.

En 1967, Wylie, Romney, Evans y Erdahl probablemente publicaron la técnica de renderizado de scanline por primera vez. El grupo gráfico de Ivan Sutherland en la Universidad de Utah y la compañía Evans & Sutherland en Salt Lake City hicieron gran parte del trabajo inicial en estas tecnologías.

La primera línea de generadores de imágenes (IG) ESIG de Evans & Sutherland utilizaba el enfoque en hardware sobre la marcha para generar imágenes una línea ráster a la vez sin un búfer de fotogramas, eliminando así la necesidad de memoria costosa en ese momento. Las variantes posteriores utilizaron una estrategia mixta.

La Nintendo DS es la pieza de hardware más reciente capaz de renderizar escenas 3D de esta manera, con la capacidad de almacenar en caché gráficos rasterizados en VRAM.

El hardware de sprites omnipresente en las consolas de videojuegos de la década de 1980 es un tipo rudimentario de renderizado de línea de escaneo.

El enfoque se utilizó para la representación de software del entorno en el motor original de Quake (pero los objetos en movimiento estaban en búfer Z en la parte superior). La priorización de la escenografía estática se basó en la clasificación derivada de BSP. Mostró una superioridad a los métodos de Z-buffer/type painter en el manejo de escenas con costosas operaciones de píxeles y complejidad de alta profundidad (es decir, mapeo de texturas con perspectiva correcta sin asistencia de hardware). Esta práctica es anterior a la adopción generalizada de las GPU basadas en búfer Z, que actualmente prevalecen en las PC.

Durante el desarrollo de la PlayStation 3, Sony experimentó con renderizadores de línea de escaneo de software en un segundo procesador Cell antes de decidirse por una configuración estándar de CPU/GPU.

Del mismo modo, en la representación en mosaico (sobre todo en el procesador PowerVR 3D), las primitivas se ordenan en el espacio de la pantalla y se representan un mosaico a la vez en la memoria rápida en el chip. En el espíritu de la representación de líneas de escaneo de hardware, la Dreamcast tenía un modo para rasterizar una fila de mosaicos a la vez para el escaneo de trama directo, eliminando el requisito de un búfer de fotogramas completo.

Algunos rasterizadores de software emplean almacenamiento en búfer de intervalos (o almacenamiento en búfer de cobertura), en el que se almacena una lista de intervalos ordenados y recortados en cubos de línea de exploración. Se aplicaría una serie de primitivas a esta estructura de datos antes de rasterizar solo los píxeles visibles.

La principal ventaja de la representación de la línea de exploración sobre el almacenamiento en búfer Z es que el número de veces que se procesan los píxeles visibles se mantiene en un mínimo absoluto, que siempre es uno si no se aplican efectos de transparencia, lo que es ventajoso en casos de alta resolución o cálculos de sombreado costosos.

Se pueden obtener mejoras similares en los sistemas actuales de búfer Z utilizando una clasificación cruda de adelante hacia atrás (acercándose al 'método de pintores inversos'), el rechazo Z temprano (junto con Z jerárquico) y técnicas de renderizado diferido menos frecuentes disponibles en GPU