[14.10.10] TressFX 번역(self)

TRESSFX빠르게진짜털같이만들기

AMD AND MICROSOFT DEVELOPER DAY, JUNE 2014, STOCKHOLM

NICOLAS THIBIEROZWORLDWIDE GAMING ENGINEERING MANAGER, AMD

개인적으로공부하다적은것이므로영어&이해부족으로인한오역을감안하세요 틀린부분이나혹문제가될부분이있다면해강([email protected])알려주시면감사하겠습니다

붉은색은개인적으로적어놓은메모입니다

원본은여기입니다

(http://www.slideshare.net/DevCentralAMD/tress-fx-the-fast-and-the-furry-nicolas-thibieroz) 관심이생기신분들은후속자료도있으니더보셔도좋을듯합니다

(http://www.slideshare.net/DevCentralAMD/grass-fur-and-all-things-hairy-amd-at-gdc14)

mailto:[email protected]

http://www.slideshare.net/DevCentralAMD/tress-fx-the-fast-and-the-furry-nicolas-thibieroz

http://www.slideshare.net/DevCentralAMD/grass-fur-and-all-things-hairy-amd-at-gdc14

| TRESSFX THE FAST AND THE FURRY | AMD AND MICROSOFT GAME DEVELOPER DAY - JUNE 2 2014, STOCKHOLM3

TRESSFX: 차세대 머리/털 랜더링

지금이 차세대 품질을 위한 시간이다

툼레이더는 차세대 머리털을 개척했다‒ PS4/XB1 포함

유저들은 차세대 타이틀의 품질 수준을 기대하고 있다

너는 이것에 대해 생각해 볼 필요가 있다!


좋은 머리/털을 만드는 것은 무엇일까?

Basic Rendering Antialiasing Antialiasing

+ Self Shadowing

Antialiasing

+ Self Shadowing

+ Transparency

Demo

세가지구성 요소들 모두 높은 품질을보장하기위해 필요하다

특히 투명성은차세대 비주얼에필수다

‒ OIT(반투명 폴리곤을 정렬 없이 랜더링) 솔루션이 필요하다

(http://en.wikipedia.org/wiki/Order-independent_transparency)

http://en.wikipedia.org/wiki/Order-independent_transparency


ISOLINE TESSELLATION FOR HAIR/FUR? 1/2

Isoline 테셀레이션은 두가지 테셀레이션 요소를 가지고 있다‒ 첫 번째는 라인의밀도다 (호출 당 라인)

‒ 두 번째는 라인의세부 사항이다 (라인 당 segments(조각))

이론적으로 쉽게 LOD 시스템을 제공한다‒ 거리를 기반으로 두 테셀레이션 요소를 증가시킴으로써 라인의 거리와 세부사항을 다양하게 한다

쉽게 말해 주어진 선분에 일정 거리를 두고 복제한 등치선(ISOLINE)을 생성한다

http://blog.naver.com/sorkelf/40190757674

Tess = (1,1) Tess = (2,1) Tess = (2,2) Tess = (2,3) Tess = (3,3)

http://blog.naver.com/sorkelf/40190757674


ISOLINE TESSELLATION FOR HAIR/FUR? 2/2

실제 이 시나리오에서 ISOLINE 테셀레이션은 효율성이낮은편이다

라인이 항상 1 픽셀 두껍다‒ 삼각형의가장자리를매끄럽게처리할 지오메트리쉐이더가필요하다

‒ 성능에 큰 영향을 준다!

‒ 이에 대한 대안은 MSAA(Multisample anti-aliasing)를 활성화하는것이다‒ 대부분의 엔진에서 크게 성능에 영향을 주는 원인이 되어 처리가 지연된다

‒ 부드러운가장자리를 MSAA 없이 하는건 = 거지같은퀄리티!

결론 : 순수한 버텍스 셰이더는 빠르다‒ 곡률은 거의 문제가 되지 않는다 (정점에 의존하고 / 제작 시간 걸려봐야 가닥일 뿐이다)

‒ 만약 버텍스 쉐이더에서 완료할 수 있다면 LOD를 통해 이익을 얻는 것이 필요하다


TRESSFX RENDERING PIPELINE

TressFX 2는 최적의 성능을 위해 지연된 접근 방식(디퍼드 랜더링)을 사용

세가지 단계로 이루어진다

STEP 1: 헤어 시뮬레이션

STEP 2: 버퍼에 조각의 성질들을 저장

STEP 3: 조각의 성질들을 가져와서, 정렬하고, 쉐이딩과 랜더할 것을 고른다‒ K-frontmost Fragment (조각)들은 풀쉐이딩

‒ “Tail“ 조각은단순한 빛 방정식과그림자 알고리즘을사용하여쉐이드된다


TRESSFX RENDERING PIPELINESTEP 1: 헤어 시뮬레이션

CSCSCS

Input Geometry (SRV)

Post-simulation geometry (UAV)

Simulation parameters

Pre-simulation line segments (model space)

Post-simulation line segments (world space)

Simulation compute shadersEdge length 제약Local shape 제약Global shape 제약털을위해 항상필요하지는않다

Model TransformCollision Shape털을 위해항상 필요하지는않다

외력 (바람, 중력, 등등.)

입력 모델은 line segments (선분)의 집합이다 (각각의 세그먼트는 최대 64 개의 버텍스들로 구성)

최적화 시물레이션 성능을 위해 “master strands(가닥)” 와 “slave strands” 를 선택적으로 나눌 수 있다

‒ 오직 master strands만 시뮬레이션 했다 (예 1:4 비율)

‒ master strand 의 시뮬레이션 결과에 노이즈를 추가해 Slave strands에 사용할 수 있다

‒ 전체를 다 시뮬레이션 하는 것과 거의 차이가 없지만, 훨씬 더 나은 시뮬레이션 성능을 보여준다!

‒ master : Slave 시뮬레이션 비율은 더 나은 성능을 위해 거리를 다르게 할 수 있다

Demo


TRESSFX RENDERING PIPELINESTEP 2: 버퍼에 조각의 성질들을 저장

VS

World space

Index Buffer

Indexed triangle list

10

1

2

3 2

4

0

5

삼각형으로뽑아낸다


LINE SEGMENT EXTRUSION INTO TRIANGLES

고품질의 머리카락이나 털 렌더링을 위해 정점의 많은 부분들을 조사한다!

‒ 지오메트리 프로세싱은 따라서 상당한 병목이 될 수 있다

이전 버전의 TressFX 출력은 지오메트리 쉐이더에서 수행되었고(하지 마라!) VS에서 draw()(단일)로 그렸다

순수하게 VS 에서 처리하고 미리 계산 된 인덱스 버퍼로 훨씬 빠른 성능을 얻었다

‒ 버텍스 캐쉬 사용을 최대한!

DrawIndexed() method

Indexed triangle list = { ( 0, 1, 2 ), (2, 1, 3 ), ( 2, 3, 4 ), (4, 3, 5 ), ( … ) };

Line segments Expanded quads

10

1

2

3 2

4

0

5

1,4

Draw() method

Line segments Expanded quads

0

1

2

3,5

6

2,3

7,10

8,9

0

11

Triangle list = { ( 0, 1, 2 ), ( 3, 4, 5 ), ( 6, 7, 8 ), (9, 10, 11 ), ( … ) };



Antialiasing

VS PS

동일한clip space

World space

Index Buffer


10

1

2

3 2

4

0

5



ANTIALIASING

안티 엘리어싱 (일명 "적용범위")에 사용하는분석 방법이다

‒ 이것은절대 MSAA가 아니다!

머리카락(가닥) 삼각형과변환한알파값을가지고 가장자리픽셀범위를계산한다

픽셀 중심에서가닥축까지의거리에따라 알파 값을 페이드아웃한다

에밀 페르손의 Phone-Wire 안티 앨리어싱이랑유사한 원리다

(Just Cause2)

http://www.humus.name/Articles/Persson_GraphicsGemsForGames.pdf

전선줄 같은 미세한 선도 끊김없이 랜더링 하기 위해 Phone-Wire다

http://www.humus.name/Articles/Persson_GraphicsGemsForGames.pdf



Antialiasing

depth

tangent

coverage

next

VS PS

동일한clip space

World space

Null RT

Stencil

PPLL UAV

Head UAV

Index Buffer


10

1

2

3 2

4

0

5



PER-PIXEL LINKED LISTS

Head UAV

‒ PPLL UAV의 링크드 리스트에 각각의 픽셀 위치가 있는 "헤드 포인터"가 있다

PPLL UAV

‒ 새로운 fragments(조각)가 렌더링되는 동안에, PPLL안에 다음 오픈 위치가 추가된다(UAV 카운터를 사용하여)

‒ 링크로 생성 된 fragments(조각) 포인터는 헤드 포인터에 의해 지시된다

‒ 헤드 포인터는 새로운 fragments (조각)을 가리키게 된다

// 현재의 픽셀 수를 검색하고 카운터를 증가시킨다uint uPixelCount = LinkedListUAV.IncrementCounter();

uint uOldStartOffset;

// LinkedListHead 텍스쳐에서 인덱스를 확인해 해당하는 픽셀 위치를 교환한다InterlockedExchange(LinkedListHeadUAV[address], uPixelCount, uOldStartOffset);

// 조각 및 링크 버퍼의 끝부분에 새로운 요소를 추가한다Element.uNext = uOldStartOffset;

LinkedListUAV[uPixelCount] = Element;

depth

tangent

coverage

next

PPLL UAV

Head UAV

메모리요구 사항은 클 수 있다!‒ Width * Height * Average overdraw * sizeof (PPLL structure)

‒ 메모리제약이있는상황에서바둑판식 배열방식을사용할수 있다


TRESSFX RENDERING PIPELINESTEP 3: 조각의 성질들을 가져와서, 정렬하고, 쉐이딩과 랜더할 것을 고른다

VS PS

Stencil

Head UAV

PPLL UAV

Lighting

Full Screen Quad/Triangle


LIGHTING

다른 옵션도사용 가능하다‒ Kajiya-Kay hair lighting model

라이팅을 노멀이 아닌 탄젠트 값으로 계산 SIGGRAPH 1989

https://www.cs.drexel.edu/~david/Classes/CS586/Papers/p271-kajiya.pdf

‒ Marshner model

머리카락 내부 산란, 투과나 반사까지 계산 SIGGRAPH 2003

http://www.graphics.stanford.edu/papers/hair/hair-sg03final.pdf

‒ 그 밖의 또 다른 것이라도 좋다!

Fragment (조각) 특성에대한 저장소의요구 사항은네가선택해제한할 수 있다!

TressFX 샘플은두개의 하이라이트를렌더링 할 때 Marchner기술의근사치를 사용한다

‒ 특별한 조각 속성 : 깊이, 접선 벡터

http://www.cs.cornell.edu/~srm/cv.html

이 사람이 발표한 헤어기술인듯 하다 자료 링크

Primary Highlights

Secondary Highlights

https://www.cs.drexel.edu/~david/Classes/CS586/Papers/p271-kajiya.pdf

http://www.graphics.stanford.edu/papers/hair/hair-sg03final.pdf

http://www.cs.cornell.edu/~srm/cv.html



VS PS

Stencil

Head UAV

PPLL UAV

Lighting Shadows



SHADOWS

세가지다른 경우가 있다

머리카락자가 그림자(self-shadowing)

‒ 필수적인 요소로 차세대 볼륨메트릭 퀄리티를 보여준다

‒ 간략한 Deep Shadow Map 기법

(테크닉 : 그림자맵과 fragment의 깊이의 차이를 가져온 후,

이 차이가 큰것이 더 어두운 그림자다. 또한 추가 변수를 사용한다)

머리카락그림자가몸과 환경에 영향을주도록

‒ 몸: 매우 부드럽게 보이고, 가까운 거리인 것처럼 보이게 해야 한다(쉐도우맵에 블러)

‒ 환경: cascaded shadow map로부터 헤어 영역을(간단하게 가능) 랜더링

CSM http://msdn.microsoft.com/en-gb/library/windows/desktop/ee416307%28v=vs.85%29.aspx

환경 그림자에머리카락이영향을받도록

‒ 헤어 fragment(조각) 랜더링될 때, 그림자 환경맵 샘플

http://msdn.microsoft.com/en-gb/library/windows/desktop/ee416307(v=vs.85).aspx



VS PS

Stencil

Head UAV

PPLL UAV K frontmost fragment:

full shading, sorting and manual blending

Lighting Shadows


Tail fragments: cheap shading, no sorting and manual blending


FRAGMENT 쉐이딩 선별이것이 코드의 핵심적인 부분이다

// 링크드리스트의 나머지 부분으로 이동하고, k fragments의 가장 근접한 부분 유지// 그러나 정렬하지는 않는다[allow_uav_condition]for(int l=0; l < g_iMaxFragments; l++){

if(pointer == NULLPOINTER) break;int id = 0;float max_depth = 0;

// 배열의 가장 깊은 노드를 찾는다[unroll]for(int i=0; i<KBUFFER_SIZE; i++){

float fDepth = kBuffer[i].depth;if(max_depth < fDepth){

max_depth = fDepth; id = i;}

}

// 헤드 포인터로부터 링크드리스트의 시작지점을 얻는다uint pointer = LinkedListHeadSRV[In.vPosition.xy];

// PPLL로부터 KBuffer[]로 첫번째 K fragments를 복사NODE Kbuffer[KBUFFER_SIZE];for(int p=0; p<KBUFFER_SIZE; p++){

if (pointer != NULLPOINTER){

kBuffer[p] = LinkedListSRV[pointer];pointer = LinkedListSRV[pointer].uNext;

}}

// 만약 링크드리스트 노드가 지역배열의 깊은 곳보다 가까운 경우// 링크드 리스트를 지역배열의 노드로 교체NODE Node = LinkedListSRV[pointer];if (max_depth > Node.depth){

SWAP(Node, Kbuffer[i]);}

// K closest fragments가 노드에 없다면 간단한 쉐이딩과 그림자를 적용한다fragmentcolor = ComputeSimpleShading(Node);

// 순서에서 벗어난 것들을 블렌딩fcolor.xyz = mad(-fcolor.xyz, fragmentColor.w, fcolor.xyz) +

fragmentColor.xyz * fragmentColor.w;fcolor.w = mad(-fcolor.w, fragmentColor.w, fcolor.w);

// 다음 노드 포인터를 검색한다pointer = LinkedListSRV[pointer].uNext;

}

// 뒤에서부터 k nearest layers의 fragments을 블랜드(혼합), 여기서 k = KBUFFER_SIZE 다for(int j=0; j<KBUFFER_SIZE; j++){

int id = 0;float max_depth = 0;

// 배열의 가장 깊은 노드를 찾는다for(int i=0; i<KBUFFER_SIZE; i++){

float fDepth = kBuffer[i].depth;if(max_depth < fDepth){

max_depth = fDepth; id = i;}

}// 다음 검색에서 노드에서 벗어난 곳을 가져온다Node = KBuffer[id]; KBuffer[id] = (NODE)0;

// 높은 품질의 쉐이딩과 그림자 적용fragmentcolor = ComputeHighQualityshading(Node);

// fragment 색을 블렌드fcolor.xyz = mad(-fcolor.xyz, fragmentColor.w, fcolor.xyz) +

fragmentColor.xyz * fragmentColor.w;fcolor.w = mad(-fcolor.w, fragmentColor.w, fcolor.w);

}

return fcolor;



VS PS

Stencil

Head UAV

PPLL UAV

Render targetK frontmost fragment: full shading, sorting and manual blending

Lighting Shadows


Tail fragments: cheap shading, no sorting and manual blending


TRESSFX PERFORMANCEFAST AND FURRY

높은 수의 fragments는 퀄리티를 위해 요구된다

주요 병목은 모든 fragments를 쉐이딩 할때 나타난다

‒ 픽셀당 링크드 리스트를 모두 방문하지 마라!

선택적 쉐이딩할 경우 상당한 속도를 얻고, 퀄리티와 맞바꿔야할 부분은 드물거나 무시해도 좋을 수준이다

Technique Cost

Out of order, no shading 1.31 ms

Out of order, shading 2.80 ms

Deferred PPLL, selective shading 2.13 ms

Shading cost is ~ 1.5 ms

24% faster

Fur model with ~130,000 fur strands

Running on AMD Radeon 7970 @ 1080p

Distance Sim LODDisabled

Sim LODEnabled

Close range 1.01 ms 1.01 ms

Medium range 1.01 ms 0.70 ms

Long range 1.01 ms 0.37 ms

Simulation LOD

거리조정 쉐이딩과 LOD 시뮬레이션은 성능을 더 개선시켜준다

“K frontmost fragments” 값은 거리에 따라 반비례 한다

Distance Shading LODDisabled

Shading LODEnabled

Close range 3.26 ms 3.26 ms

Medium range 3.23 ms 1.77 ms

Long range 2.52 ms 0.64 ms

Shading LOD


CONCLUSION AND QUESTIONS?

실시간으로차세대머리 / 털을 보는 것이 지금 가능합니다!

Fast:

‒ master/slave 비율을 가변적으로 계산하는 시뮬레이션

‒ 버텍스 쉐이더에서 삼각형 선분을 뽑아낸다 (테셀레이션 + 지오메트리 아님)

‒ 디퍼드 랜더링과 선택적 쉐이딩

‒ 거리 기반의 쉐이딩 및 시뮬레이션 LOD

‒ 최적화 된 쉐이더!

Furry:

TressFX 2 SDK 샘플, 코드와 문서 전체에 자유롭게 사용해볼 수 있다http://developer.amd.com/tools-and-sdks/graphics-development/amd-radeon-sdk/

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