Пиксельное затенение и вершинные эффекты на GeForce3

Source: Tweak3d
Перевод: Дмитрий Чеканов

1. Введение

За прошедший год появилось несколько интересных технологий, которые позволят улучшить нашу и без того нелегкую жизнь. На самом деле, эти технологии существуют уже достаточно давно, но сейчас мы впервые можем почувствовать их реализацию на персональных компьютерах.

Черная магия VooDoo

Вернемся в первые дни существования персональных компьютеров, когда большинство игрушек были двумерными. В момент появления продвинутых по тем временам трехмерных игр типа Duke Nukem 3D и Quake, никто и не думал что они положат начало новым игровым технологиям.

В памятном 1995, колдуны почившей "3dfx Interactive" привнесли в нашу жизнь потрясающую компьютерную графику, доселе невиданную на персоналках. 3dfx околдовала всех игроманов. Независимо от того, играли ли вы на PC, приставке или сотовом телефоне, ваша игровая жизнь начала меняться именно с этого момента.

Да будут игры!

Технология 3dfx стала своего рода Меккой, совершить паломничество в которую мечтал каждый игрок. Почти все крупные производители поддержали 3dfx и начали продажу видеокарт на ее чипах. Вспомним хотя бы "Diamond Multimedia" с ее легендарной картой "Monster 3D" ставшей символом поколения, а также Canopus и STB. Эти компании помогли взрастить магию VooDoo.

Вместе с этим производители начали создавать игры с поддержкой 3dfx и выглядели эти игры в то время просто потрясающе. Четкая графика, полностью интерактивное окружение, полигональная структура, билинейная фильтрация, мип-текстурирование (mipmapping), все эти технологии позволяли создавать чудо. 3D графика стала близка и знакома сердцу каждого игрока.

Истинное 3D

Хотя старые игры, типа "Doom 2", и назывались трехмерными (или 3D), настоящей трехмерности в них не было. В этих играх спрайты накладывались на скелет, далее осуществлялась проекция на плоскость экрана и создавалось изображение, а игра выглядела как трехмерная. Но с момента выхода Quake все изменилось.

Игры стали использовать трехмерную систему координат x, y и z. Другие игроки рынка видеографики быстро осознали перспективы новых технологий и стали продвигать свои решения. ATi, Matrox и S3, начали производство карт с поддержкой трехмерности, но ни одна из них не добилась такого успеха, как продукты 3dfx. Молодая компания оставила всех далеко позади в раздумьях, в каком направлении пойдет индустрия.

Пришествие nVidia

Подобно внезапному шквалу, компания nVidia решила захватить лидерство и снять чары 3dfx. nVidia боролась долго и решительно, и, в конце концов, одержала победу.

nVidia начала производить чипы, догоняющие по возможностям аналоги от 3dfx. С момента выхода графического процессора Riva 128 (на самом деле, первым был NV1, не получивший широкого признания), линейка чипов nVidia становилась все мощнее с каждым новым поколением. В отличие от 3dfx, с ее вечно запаздывающими продуктами, nVidia всегда выдерживала сроки и сейчас является разработчиком номер один на рынке 3D.

Рождение GeForce2

В каждом своем новом продукте, nVidia реализовывала передовые решения, которые были на устах каждого уважающего себя разработчика. Впрочем, оно и понятно - инновационные решения требовались для того, чтобы остаться на плаву.

Серия GeForce2 сильно отличается от GeForce введением новой технологии NSR (nVidia Shading Rasterizer, растеризатор шейдеров nVidia). NSR позволяет разработчикам игр добавлять в свои продукты новые детали без значительного снижения производительности.

С этого момента, почти каждая 3D игра должна опираться на эти новые технологии и принципы. Характерным примером можно считать "id Software" и игру "Quake 3", которая реализует передовые решения. Поиграв в Quake 3 и насладившись удивительной графикой, вы наверняка станете замечать много недостающих черт в любой другой игрушке. Получается, что в любой игре вам будет чего-то не хватать.

Нам нужны детали!

Как известно, 3D игра основана на полигонах и текстурах, и эти текстуры "натягиваются" (mapped) на полигоны. И все вроде бы прекрасно выглядит, пока вы не начнете обращать внимание на всякие детали. Стены, на самом деле, оказываются совершенно плоскими, да и вся игра выглядит как-то плоско. И стена вроде бы состоит из кирпичей, но почему же она выглядит гладкой? На земле есть дырки, но на самом деле, там нет никаких дыр. Танк весь покрыт следами минувших битв - выбоинами и сколами, но на самом деле он совершенно гладкий.

Вывод: простого наложения текстур на полигоны сейчас уже недостаточно. Играм требуется большая детализация. Поверхности должны выглядеть естественно: кирпичная стена должна быть неровной, а у апельсина должны быть заметны поры и ямочки.

Проблема назрела давно, но никто из производителей особо не торопился ее решать. Matrox решил быть первым, кто успешно реализовал метод увеличения визуальных деталей на поверхностях. Технология была названа "Environment Mapped Bump Mapping" (EMBM, поддержка рельефного текстурирования с использованием карт окружающей среды). Использование EMBM привносит заметные детали в игры, потребляя в то же время незначительные вычислительные ресурсы. Хотя EMBM был хорош, он все же имел некоторые недостатки. И опять на сцену вышла nVidia.