Тесселяция – это технология, использующаяся в компьютерной графике для улучшения детализации трехмерных моделей и текстур. Основной принцип ее работы заключается в разделении больших полигонов на более мелкие, что позволяет значительно повысить детализацию без чрезмерной нагрузки на видеокарту.
Основу 3D-графики составляют полигоны, обычно в виде треугольников. Эти треугольники соединяются, формируя более сложные фигуры и модели. Чем больше полигонов используется, тем более детализированной и реалистичной становится картинка. Однако, увеличение количества полигонов напрямую увеличивает нагрузку на видеокарту, что может привести к снижению производительности. Здесь на помощь приходит тесселяция, которая позволяет добиться высокой детализации без необходимости увеличения количества исходных полигонов.
Процесс тесселяции начинается с базовой сетки модели, которая имеет относительно низкое количество полигонов. Затем, с помощью специализированного алгоритма, эта сетка разбивается на меньшие полигоны, создавая более сложную и детализированную поверхность. Такой подход позволяет повысить визуальную сложность модели только в тех областях, где это реально нужно. Например, в игре можно более детально прорисовать участки, которые находятся ближе к камере или требуют большего уровня детализации, типа лиц персонажей или каких-то важных частей окружения главного героя.
Тесселяция реализуется на уровне видеокарты, используя специальные блоки, или так называемые тесселяторы. Эти блоки интегрированы в современные графические процессоры и работают параллельно с другими компонентами видеокарты. Они получают исходные данные о модели, проводят ее разбиение на более мелкие полигоны и передают на дальнейшую обработку другим блокам видеокарты. Такой подход позволяет уменьшить нагрузку на центральный процессор и повысить общую производительность системы.
История развития технологии тесселяции в геймдеве
Одной из первых значительных попыток внедрения этой технологии стал TruForm от компании ATI, представленный в 2001 году. В то время основной способ повышения детализации графики заключался в увеличении количества полигонов, что сильно нагружало системы и снижало производительность. TruForm стал революционным решением этой проблемы, предложив новый подход к тесселяции.
TruForm работал за счет сглаживания полигональных сеток, добавляя к ним дополнительные полигоны для создания более плавных и детализированных форм. Эта технология позволяла значительно улучшить визуал без сильного увеличения нагрузки на видеокарту. Однако TruForm требовал строгого соблюдения определенных условий: для корректной работы нужно было точно указать, какие объекты подлежат обработке. В противном случае могла возникнуть ситуация, когда плоские детали становились круглыми.
Несмотря на свои инновационные возможности, TruForm был применен лишь в небольшом числе игрушек того времени. Это было связано с тем, что внедрение новой технологии требовало сильных изменений в процессе разработки игр. Так что TruForm не получил особого распространения. Немного позже, NVIDIA предложила свою версию технологии тесселяции, однако разработчики игр также не спешили вносить изменения в свои проекты, учитывая сложность и затраты на адаптацию.
В 2002 году компания Matrox Graphics предложила свою версию тесселяции, названную Displacement Mapping. Эта технология предусматривала создание высокодетализированных поверхностей при минимальных затратах ресурсов. Разработчики Matrox провели большую работу над улучшением алгоритмов тесселяции, и Displacement Mapping показал отличные результаты в плане детализации и производительности. Однако, несмотря на технические достижения, Matrox Graphics находилась в невыгодном положении на рынке видеокарт. Ее продукты уступали конкурентам по производительности, и единственный графический адаптер, поддерживающий Displacement Mapping, Matrox Parhelia-512, не пользовался популярностью. В результате, несмотря на перспективность и качество технологии, Displacement Mapping остался невостребованным.
Обе технологии заложили основу для дальнейших разработок. Впоследствии тесселяция была усовершенствована и интегрирована в современные графические процессоры, что позволило достичь высокого уровня детализации в играх без сильных компромиссов в плане производительности.
В 2005 году вместе с выпуском Xbox 360 был представлен графический адаптер Xenos, который поддерживал тесселяцию в формате, близком к современному. Xenos имел достойные характеристики, однако его вычислительные способности были ограничены. Чтобы преодолеть эти ограничения и улучшить визуальное качество игр, разработчики решили внедрить тесселяцию, которая позволяла повысить детализацию графики без чрезмерной нагрузки на аппаратные ресурсы.
Особенностью Xbox 360 было то, что игры для этой консоли разрабатывались с учетом ее аппаратных возможностей, что обеспечивало оптимальное использование всех функций, включая тесселяцию. Это позволило эффективно использовать новую технологию и улучшить качество графики в играх для этой консоли.
Графическая часть Xbox 360 оказалась настолько успешной, что было решено перенести ее технологии в серию полноценных видеокарт ATI HD2000. Однако и на этот раз попытка популяризировать тесселяцию среди разработчиков игр для ПК не увенчалась успехом. Разработчики не были готовы вносить необходимые изменения в свои проекты, и тесселяция снова оказалась невостребованной, несмотря на ее потенциал.
Ситуация кардинально изменилась в 2009 году с выпуском DirectX 11. Microsoft активно искала новые пути улучшения графической производительности и визуального качества, и тесселяция идеально подходила для этих целей. Внедрение тесселяции в DirectX 11 позволило стандартизировать эту технологию и сделать ее доступной для широкого круга разработчиков. Производители видеокарт быстро отреагировали на нововведение, представив серии чипов, совместимых с DirectX 11, что обеспечило поддержку тесселяции на аппаратном уровне.
Что по производительности
На начальном этапе, когда видеокарты серии Radeon HD5000 первыми получили поддержку тесселяции, производительность оставляла желать лучшего. При активации этой технологии наблюдалось значительное падение производительности. Эти видеокарты были не в состоянии справляться с дополнительной нагрузкой, которую создавала тесселяция.
Ситуация начала меняться с появлением видеокарт серии Radeon HD7000. Эти карты показали значительное улучшение в обработке тесселяции, обеспечивая гораздо более плавную производительность и позволяя использовать технологию без ощутимых потерь в частоте кадров. Видеокарты серии GeForce от NVIDIA также прошли через подобные этапы. Модели GTX 400 и GTX 500 хоть и демонстрировали лучшую производительность по сравнению с Radeon HD5000, все же страдали от падения частоты кадров при включении тесселяции. Только с выпуском GTX 600 и далее производительность тесселяции достигла уровня, при котором ее использование стало стандартной практикой и не вызывало значительных проблем.
В современных играх тесселяция интегрирована настолько эффективно, что ее влияние на производительность стало практически незаметным. Максимальное снижение производительности, которое можно наблюдать, составляет около 5%. Однако в особо сложных и требовательных проектах частота кадров может снижаться даже на 20%. Тут дело спасает оптимизация, с которой у многих современных игре есть, мягко говоря, проблемки. Старые или менее производительные модели видеокарт могут не справиться с дополнительной нагрузкой, что приведет к снижению драгоценного FPS. Так, что для игры в современные тайтлы с высоким FPS лучше обзавестись более свежей видеокартой.
