Hierarchical Z-Buffer Visibility (Hi-Z)

淩亂°似流年 2024-04-19 07:31 70阅读 0赞

可见性算法的目的是丢弃隐藏面，

对于GPU可以节省CPU传入顶点信息的带宽&顶点ALU&Fragment ALU的消耗，

对于CPU可以减少DC（物件被剔除了）

有三种方式可以实现可见性算法

1.object-space coherence:

物件级别的剔除，粒度最大

传统Ray casting剔除就是这种方法

2.image-space coherence

屏幕空间像素级别剔除，粒度最小

传统ZBuffer剔除就是这种方法(Zbuffer的缺点包括不支持半透明剔除，因为半透明不写入深度。并且需要ZPrePass，会增加DC)

3.temporal coherence

是利用上一帧的可见性信息，来加速这一帧的可见性运算

Greene93论文中的提出方法利用了上面三种方式

# **object-space coherence** #

利用八叉树空间细分 **octree spatial subdivision ray tracing**来做到object-space coherence剔除

将物件放入八叉树中，在视椎体中进行相交测试，如果相交，我们再把物件primitive细分，然后递归进行相交测试，把通过测试的primitive提交DrawCall

# **image-space coherence** #

利用**Z pyramid** Z金字塔来做到image-space coherence剔除

## **实现方法：** ##

首先ZPrePass画出一张ZBuffer原始分辨率的，再对这张Zbuffer进行降采样来构建Mip Chain，但是不能利用GL默认的生成MipChain方法，每小一个级别相当于4个像素变一个像素，我们需要选择四个像素中Z最远的像素

作为当前mip级别的像素，

个人理解：构建一套mipchain，相当于对屏幕划分不同大小的Tile，

先选取最粗级别的mipmap，也就相当于最大的Tile

先将polygon的每个顶点选取最近的顶点(Greene93中的方法2)与该Tile像素作比较，就相当于polygon最近的顶点与这个tile中最远的像素作比较，如果polygon最近的顶点都比整个tile中最远的深度还要远，就说明整个Polygon都是隐藏的，都在别人后面

如果在前面，就换上一级别粒度更小的进行测试，直到原始Zbuffer(mip0)

为什么要生成mipmap不直接用原始ZBuffer比较呢？

因为有大量Polygon连最粗级别mip都不会通过，而且粗级别mip分辨率低，要比原始分辨率省(带宽？)

Greene93中的方法2就是将每个polygon中最近顶点与Z比较

Greene93中的方法1是需要算出每个polygon在每个mip级别也就是一个Tile的大小中的最近深度(也就是一个像素的大小)进行比较，

方法2比方法1粒度更细，剔除精度更高，但是算出每个polygon在每个mip级别一像素范围中的最近深度也很昂贵，需要按需选择

该方法一般用compute shader将polygon信息传入Buffer，得出运算结果后返回可见的Polygon给CPU，在进行DC提交

如果用GPU Driven可以直接用于GPU剔除

The overhead of generating the HiZ mip chain and dispatching the culling process is the real bottleneck though, there’s little difference between 900 bounds and 10,000 bounds.

[https://www.nickdarnell.com/hierarchical-z-buffer-occlusion-culling/][https_www.nickdarnell.com_hierarchical-z-buffer-occlusion-culling]

该方法最昂贵的地方在于降采样mipmap(需要采样作比较)，和剔除的部分

# **temporal coherence** #

文中维护了上一帧的visible octree node列表用于这一帧的可见性算法

好处：

If there is sufficient frame-to-frame

coherence, most of the visible geometry will already be rendered,so the Z-pyramid test will be much more effective than when we start from scratch.

# **实现** #

所以文中方法的一套流程就是

1.进行octree spatial subdivision ray tracing，并利用上一帧visible octree node结果加速次运算，粗粒度的先剔除物件与部分polygon

2.然后用Z pyramid进行细粒度的剔除，cs返回一个可见polygon的buffer

3.CPU提交DC

# **缺点** #

两种方法都有消耗多的地方

**octree spatial subdivision**

需要花费CPU时间进行细分与相交测试

**Z pyramid**

需要ZprePass 增加一倍DC

降采样增加带宽，增加GPU ALU消耗

需要ReadBack Zbuffer，“Z Query”，使CPU等待GPU计算结果，并且增加TileMemory->SystemMemory读回带宽开销，，但是如果使用 GPU Driven，在GPU中剔除&提交DC，就不会有这个问题

如果遮挡关系不是那么复杂，如果不能剔除很多东西，使用这种方法权衡利弊

参考：

1.  Hierarchical Z-Buffer Visibility(Siggraph 1993)
2.  [https://www.nickdarnell.com/hierarchical-z-buffer-occlusion-culling/][https_www.nickdarnell.com_hierarchical-z-buffer-occlusion-culling]

\------wolf96 2019/9/15

[https_www.nickdarnell.com_hierarchical-z-buffer-occlusion-culling]: https://www.nickdarnell.com/hierarchical-z-buffer-occlusion-culling/