Z-буферизация
-
Основы Z-буфера
- Z-буфер используется для хранения глубины объектов в трехмерной сцене.
- Глубина объектов визуализируется в виде значений от 0 до 1, где 0 — ближайшая плоскость, а 1 — дальняя плоскость.
- Z-буфер позволяет эффективно отображать объекты, находящиеся за пределами поля зрения, без необходимости их повторного рендеринга.
-
История и развитие
- Z-буфер был впервые предложен Эдвином Кэтмуллом в 1970 году.
- Вольфганг Штрассер также описал идею Z-буфера в своей диссертации 1974 года.
- Современные видеокарты используют значительную часть памяти для управления Z-буфером.
- Для снижения затрат на Z-буферизацию были разработаны методы сжатия и аппаратной сверхбыстрой очистки.
-
Применение в играх
- В некоторых играх N64 Z-буфер использовался для увеличения частоты кадров.
- В Factor 5 Z-буфер был минимизирован или полностью исключен для снижения требований к памяти и пропускной способности.
- В играх Mechwarrior 2 и Super Smash Bros. Z-буфер позволял отображать больше объектов на экране.
-
Математические основы
- Значения глубины в Z-буфере определяются между рядом и далеко.
- После преобразования перспективы и ортогональной проекции значения глубины преобразуются в отображаемые значения.
- Нормализация значений глубины к диапазону [-1, 1] позволяет отображать только видимые объекты.
-
Представление и хранение
- Значения глубины обычно сохраняются в Z-буфере в формате с фиксированной запятой.
- Для повышения точности вблизи камеры значения интерполируются по экранному пространству.
- W-буфер сохраняет старые значения глубины в формате с плавающей запятой, равномерно распределяя их между рядом и далеко.
-
Алгоритмы и рекомендации
- Псевдокод демонстрирует процесс z-буферизации.
- Существуют нерегулярные и оптимизированные версии Z-буфера, а также альтернативные буферы, такие как A-буфер и карта глубины.