拙訳「Forward+ and Clustered Shading」

Deferred Shading Limitations#

• 高いメモリ帯域幅
• 限定されたマテリアルの柔軟性
• 半透明 なし
• MSAA が高いメモリ利用率を必要とする
• 冗長 なライティング計算

Memory Bandwidth#

2D Tiling#

Forward+#

• スクリーン空間のタイルのライトカリング付きフォワードシェーディング
• こんにちのGPUに対して設計される
  • 高いコンピュート対メモリ比
  • コンピュートシェーダ
• 3パス
  1. 深度/Zプリパス
  2. ライトカリング
  3. 最終シェーディング
• Tiled Forward とも呼ばれる

1. Depth/Z Pre-Pass#

• フラグメントシェーダをパススルーする
• ライト累積パスでオーバードローを軽減する
• ライトカリングパスへの入力の一部

2. Light Culling#

• どのライトが各タイルと重なるかを計算する

• コンピュートシェーダ
  • タイルごとの錐台を計算する: 最大 と 最小 のZ
  • ライト/錐台の重なりをテストする
• 入力
  • Zバッファ
  • ライトバッファ(SSBO)
• 出力
  • タイルごとのライトリスト(SSBO)

• 2.a. タイルごとの 最大 と 最小 のZを計算する
  • ピクセルあたり1スレッド。タイルあたり1ワークグループ/ブロック
  • ナイーブだと、総計n個のアトミック比較
• 2.b. ライト/錐台の重なり
  • タイルあたり1ワークグループ/ブロック。ライトあたり1スレッド(多くのライトには複数パスを必要とする)
  • ローカル/共有メモリにタイルごとに累積して、アトミックを使ってSSBO/バッファに書き込む
• 2.aと2.bに対してコンピュートシェーダひとつ

3. Final Shading#

• マテリアルグループごとのドローコール
  • タイルごとのライトでライトを累積する

Forward+ vs. Forward#

• 多少のライトを持つ複雑度の高いシーンではフォワードが勝る

• Foward+はライト半径が増加するごとに遅くなる

Tile Size#

• 大きすぎる: 多くのライトが重なる
• 小さすぎる: 高いライトカリングのオーバーヘッド

% Time in Each Pass#

• 右: 大きなタイル: ライトカリング時間が小さく、ライト累積パス時間が大きい

Clustered Shading#

• 最大で約100万光源
• クラスタごとのライト背面カリング
• 大きな深度不連続性を持つ良くないケースのパフォーマンスの改善
• 以下で使われる
  • Just Cause 2 (Avalanche Engine)
  • Oculus
  • Doom (idTech)
  • Forza Horizon 2

1. 深度プリパス
2. クラスタ割り当て: ピクセルをクラスタに割り当てる
3. ユニーク/空でないクラスタを見つける
4. ライトカリング: ライトを空でないクラスタに割り当てる
5. 最終シェーディング

Clusters#

Depth Slicing#

• 例: 64x64ピクセルのタイル、16深度スライス
• Doom: Zを対数関数的に割った16x8x24クラスタ

• 指数階数的/カスタムなニア《near》クラスタ
• ファー制限; 遠方のライトを無視する
• 前面のクラスタでのみのスペキュラ

Culling#

• 小さな錐台/大きな球
  • 視錐台カリングとの比較: 大きな視錐台/小さな球
• AABBでカリング、または、反復的な球の改善《refinement》

Tiles vs. Clusters#