Làm cách nào tôi có thể tạo các trường khoảng cách đã ký (2D) trong thời gian thực, nhanh?

Trong một câu hỏi trước đây , có ý kiến ​​cho rằng các trường khoảng cách đã ký có thể được tính toán trước, được tải trong thời gian chạy và sau đó được sử dụng từ đó.

Vì lý do tôi sẽ giải thích ở cuối câu hỏi này (đối với những người quan tâm), tôi cần tạo các trường khoảng cách trong thời gian thực.

Có một số bài báo về các phương pháp khác nhau được cho là khả thi trong môi trường thời gian thực, chẳng hạn như các phương pháp cho biến đổi khoảng cách Chamfer và biến đổi dựa trên sơ đồ Voronoi (như được đề xuất trong bài trình bày này của anh chàng nhà phát triển Pixeljunk Shooter ), nhưng Tôi (và do đó có thể được giả định là rất nhiều người khác) có một thời gian rất khó thực sự đưa chúng vào sử dụng, vì chúng thường dài, phần lớn chứa đầy toán học và không được giải thích bằng thuật toán.

Thuật toán nào bạn muốn đề xuất để tạo các trường khoảng cách trong thời gian thực (thuận lợi trên GPU) đặc biệt là xem xét chất lượng kết quả của các trường khoảng cách?

Vì tôi đang tìm kiếm một lời giải thích / hướng dẫn thực tế trái ngược với một liên kết đến một tờ giấy hoặc slide khác, câu hỏi này sẽ nhận được tiền thưởng một khi nó đủ điều kiện cho một :-).

Đây là lý do tại sao tôi cần phải làm điều đó trong thời gian thực:

Nếu bạn phải tính toán trước các SDF này cho các môi trường 2D lớn (nghĩ về một bản đồ lớn giống như Terraria), điều này có nghĩa là bạn chấp nhận một chi phí khá lớn trong không gian lưu trữ (và thời gian tạo bản đồ) để thực hiện nhiều hơn thuật toán phức tạp đủ nhanh để tạo SDF thời gian thực.

Ví dụ: bản đồ tương đối nhỏ với 1000 * 256 (chiều rộng * chiều cao) với kích thước ô 10 * 10 pixel và do đó, tổng kích thước 10000 * 2560 pixel sẽ khiến bạn mất khoảng 2 megabyte, nếu bạn chọn kích thước tương đối nhỏ Độ phân giải SDF là 128x128, giả sử rằng bạn chỉ lưu trữ các giá trị khoảng cách từ 0 đến 255.

Rõ ràng, điều này có thể nhanh chóng trở nên quá nhiều và là một chi phí mà tôi không muốn có.

Có một cái gì đó khác:

SDF có thể được sử dụng cho nhiều thứ (như phát hiện va chạm) và một số ứng dụng hữu ích thậm chí chưa được phát hiện. Tôi nghĩ rằng rất nhiều người sẽ tìm kiếm những điều này trong tương lai, và nếu chúng ta nhận được câu trả lời toàn diện ở đây, tôi nghĩ chúng ta sẽ giúp được rất nhiều người.

Catalin Zima giải thích cách đạt được bóng 2D động trong bài viết của mình - và anh ta sử dụng trường khoảng cách đã ký (từ những gì tôi có thể nói đó chỉ là một cái tên ưa thích cho bộ đệm bóng trong ngữ cảnh này). Phương pháp của anh ta cần GPU, và việc triển khai của anh ta không phải là tốt nhất (anh ta giảm xuống dưới 60Hz ở khoảng 20 đèn trên máy của tôi, tôi có khoảng 500 đèn); đó là điều được mong đợi vì ông đã ủng hộ sự rõ ràng của mã về tốc độ.

Thực hiện

Chính xác như được thực hiện bởi anh ta:

1. Kết xuất tất cả các bóng đổ thành một kết cấu.
2. Tính khoảng cách đến tâm của ánh sáng cho mỗi pixel và gán giá trị đó cho RGB của các pixel mờ.
3. Làm biến dạng hình ảnh để nó thể hiện cách một camera 3D sẽ nhìn thấy các pixel đó.
4. Ép hình ảnh thành hình ảnh có kích thước 2xN bằng cách sử dụng thay đổi kích thước bất thường được mô tả trong bài viết của anh ấy (thay đổi kích thước đơn giản sẽ không hoạt động).
5. Hình ảnh 2xN hiện là trường khoảng cách đã ký của bạn cho cả bốn góc phần tư ánh sáng (hãy nhớ rằng một góc phần tư về cơ bản là một camera đơn ở 90 độ).
6. Kết xuất ánh sáng.
7. Làm mờ ánh sáng (dựa trên khoảng cách từ ánh sáng) để bạn có được bóng mềm.

Việc thực hiện cuối cùng của tôi là (mỗi bước là một shader duy nhất):

1. Làm (1).
2. Làm (2) và (3) .
3. Làm (4). Việc triển khai của anh ta rất chậm: nếu bạn có thể thử và sử dụng GPGPU cho việc này. Tôi không thể sử dụng GPGPU (XNA) vì vậy những gì tôi đã làm là:
   • Thiết lập một lưới trong đó các cột N / 2 đầu tiên được biểu thị bằng các góc N / 2 với cùng một vị trí CHÍNH XÁC (bao gồm cột đầu tiên của bộ đệm cuối cùng) nhưng khác nhau về tọa độ kết cấu (điều tương tự cho các cột N / 2 thứ hai)
   • Tắt kiểm tra độ sâu trên GPU.
   • Sử dụng chức năng trộn MIN pixel.
4. Làm (6) và (7).

Nó khá tài tình: về cơ bản nó là một bản dịch trực tiếp về cách xử lý bóng trong 3D thành 2D.

Cạm bẫy

Cạm bẫy chính là một số đối tượng không nên bị che khuất: trong ví dụ của tôi, tôi đã viết một bản sao Liero (giun thời gian thực) và do đó, không muốn, ví dụ, sâu của người chơi bị che khuất (ít nhất là một con sâu trên màn hình của mỗi người chơi). Tất cả những gì tôi đã làm cho những đối tượng 'đặc biệt' này là vẽ lại chúng như bước cuối cùng. Điều trớ trêu là hầu hết các vật thể không bị che khuất (sâu, tiền cảnh) nên có vấn đề rút tiền ở đây.