Fr/Projet Rembrandt: Difference between revisions

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[http://en.wikipedia.org/wiki/Rembrandt Rembrandt] était un peintre hollandais du XVIIème siècle, maître incontesté du [http://en.wikipedia.org/wiki/Chiaroscuro "clair-obscur"].
[http://en.wikipedia.org/wiki/Rembrandt Rembrandt] était un peintre hollandais du XVIIème siècle, maître incontesté du [http://en.wikipedia.org/wiki/Chiaroscuro "clair-obscur"].


Ce projet a pour but de changer la manière de rendre les éclairages et les [[Shadows|ombres]] qu'utilise [[FlightGear]], et d'essayer d'imiter le style de Rembrandt dans FG.
Ce projet a pour but de changer la manière de rendre les lumières et les [[Shadows|ombres]] qu'utilise [[FlightGear]], et d'essayer d'imiter le style de Rembrandt dans FG.


== De quoi s'agit-il ? ==
== De quoi s'agit-il ? ==
L'idée maîtresse du projet est d'implémenter le [http://en.wikipedia.org/wiki/Deferred_shading rendu différé] au sein de FlightGear.
L'idée maîtresse du projet est d'implémenter le [http://en.wikipedia.org/wiki/Deferred_shading rendu différé] au sein de FlightGear.
Depuis le début, FlightGear utilise un moteur de rendu en avant qui affiche toutes les propriétés d'un objet en une fois (ombre, éclairage, brouillard, ...), ce qui rend difficile le rendu d'un ombrage plus sophistiqué (voir le [[FlightGear Newsletter December 2011#Shaders|'Uber-shader']]) du fait que tous les paramètres de [http://www.wired.com/magazine/2010/07/st_equation_3danimation/ l'équation lumineuse] doivent être traités en une seule fois.
Depuis le début, FlightGear utilise un moteur de rendu avancé, qui affiche toutes les propriétés d'un objet en une fois (ombre, éclairage, brouillard, ...), ce qui rend difficile le rendu d'un ombrage plus sophistiqué (voir le [[FlightGear Newsletter December 2011#Shaders|'Uber-shader']]) du fait que tous les paramètres de [http://www.wired.com/magazine/2010/07/st_equation_3danimation/ l'équation lumineuse] doivent être traités en une seule fois.


[[Image:project_rembrandt_1.png|thumb|300px|Vue principale avec le contenu des buffers affichés dans les coins]]
[[Image:project_rembrandt_1.png|thumb|300px|Vue principale avec le contenu des buffers affichés dans les coins]]
Au contraire, le rendu différé cherche à séparer les opérations en étapes simplifiées et à collecter les résultats intermédiaires dans des buffers cachés, qui peuvent être utilisés par la prochain étape.
Au contraire, le rendu différé cherche à séparer les opérations en étapes simplifiées, et à collecter les résultats intermédiaires dans des buffers cachés, qui peuvent être utilisés par la prochain étape.


;Le premier stade est celui de la Géométrie:
;Le premier stade est celui de la Géométrie:
: nous rendons la scène entière dans 4 textures, en utilisant le rendu multi-cibles pour les traiter en un seul passage: un pour le buffer de profondeur, un pour les normales (en bas à gauche de l'image), un pour les couleurs "diffuses" (en bas à gauche) et un pour les couleurs "spéculaires" (en haut à droite).
: nous rendons la scène entière dans 4 textures, en utilisant le rendu multi-cibles pour les traiter en un seul passage: un pour le buffer de profondeur, un pour les normals (en bas à gauche de l'image), un pour les couleurs "diffuses" (en bas à gauche) et un pour les couleurs "spéculaires" (en haut à droite).


;Le stade suivant est celui de l'ombre :
;Le stade suivant est celui de l'ombre :
: nous rendons encore la scène dans une texture profondeur concernant les éclairages. Il y aura une texture pour chaque lumière diffusant des ombres.
: nous rendons encore la scène dans une texture profondeur concernant les éclairages. Il y aura une texture pour chaque lumière diffusant des ombres.


;Ensuite, c'est le stade de l'éclairage, avec plusieurs sous-stades :
;Ensuite, c'est le stade de la lumière, avec plusieurs sous-stades :
:*<u>Sky pass</u>: Le ciel est dessiné d'abord selon la méthode classique.
:*<u>Sky pass</u>: Le ciel est dessiné d'abord selon la méthode classique.
:*<u>Ambient pass</u>: la mémoire-tampon "diffuse" est modulé avec la couleur ambiante de la scène, et est dessiné comme un quad texturé aligné sur l'écran
:*<u>Ambient pass</u>: la mémoire-tampon "diffuse" est modulée avec la couleur ambiante de la scène, et est dessinée comme un quad texturé aligné sur l'écran
:*<u>Sunlight pass</u>: Un second quad aligné à l'écran est dessiné et un shader examine la position pour calculer sa couleur "diffuse" et "specular" en utilisant le "normal" stocké dans le premier stade. La couleur résultante et mélangée avec la passe précédente. Les ombres sont examinées ici par comparaison de la position du pixel avec la position du cache lumière stockée dans la carte shadows
:*<u>Sunlight pass</u>: Un second quad aligné à l'écran est dessiné et un shader examine la position pour calculer sa couleur "diffuse" et "specular" en utilisant le "normal" stocké dans le premier stade. La couleur résultante et mélangée avec la passe précédente. Les ombres sont examinées ici par comparaison de la position du pixel avec la position du cache lumière stockée dans la carte shadows
 
:*<u>Fog pass</u>: un nouvel écran quad est dessiné et la position du pixel est calculée pour évaluer la quantité de brouillard du pixel. La couleur du brouillard est mélangée avec le résultat de la phase précédente 
 
 
:*<u>stade de la lumière additionnelle</u>: le scene graph sera traversé une autre fois pour afficher les volumes de lumière (cône ou tronc de cône pour les taches de lumière, sphère pour les lumières omni directionnelles), et leur shader ajoutera la lumière composée uniquement par les pixels éclairés.
:*<u>stade de la lumière additionnelle</u>: le scene graph sera traversé une autre fois pour afficher les volumes de lumière (cône ou tronc de cône pour les taches de lumière, sphère pour les lumières omni directionnelles), et leur shader ajoutera la lumière composée uniquement par les pixels éclairés.
:*<u>stade brouillard</u>: un nouveau quad aligné sur l'écran est dessiné, et la position du pixel est calculée pour évaluer la quantité de brouillard du pixel. La couleur du brouillard est mélangée avec le résultat du stade précédent.
:*<u>stade brouillard</u>: un nouveau quad aligné sur l'écran est dessiné, et la position du pixel est calculée pour évaluer la quantité de brouillard du pixel. La couleur du brouillard est mélangée avec le résultat du stade précédent.
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Dans FG, on termine le pipeline du rendu par l'affichage du [[Menubar|GUI]] et du [[HUD]].
Dans FG, on termine le pipeline du rendu par l'affichage du [[Menubar|GUI]] et du [[HUD]].


Tous ces phases sont plus précisément décrites dans [http://bat710.univ-lyon1.fr/~jciehl/Public/educ/GAMA/2007/Deferred_Shading_Tutorial_SBGAMES2005.pdf tutorial] c'est la base du code actuel, avec quelque addition ou modifications.
Tous ces phases sont plus précisément décrites dans [http://bat710.univ-lyon1.fr/~jciehl/Public/educ/GAMA/2007/Deferred_Shading_Tutorial_SBGAMES2005.pdf tutorial] c'est la base du code actuel, avec quelques ajouts ou modifications.


== Avertissements ==
== Avertissements ==
Le rendu différé n'affiche pas la transparence. Pour le moment, les nuages doivent être éclairés et ombrés par eux-mêmes. Les surfaces transparentes sont alpha-testées et non mélangées. Elles doivent être amenées dans leur propre bin sur l'image composite.
Le rendu différé n'affiche pas la transparence. Pour le moment, les nuages doivent être éclairés et ombrés par eux-mêmes. Les surfaces transparentes sont alpha-testées et non mélangées. Elles doivent être amenées dans leur propre bac sur l'image composite.


La partition profondeur ne marche pas non plus, à cause de la mémoire tampon profondeur, qui doit être gardée pour retenir la position de zone de vue, et, pour le moment, z-fighting est tout à fait visible. La partition profondeur sans rangée de profondeur superposée pourrait être la solution, et devrait être essayée.
La partition profondeur ne marche pas non plus, à cause de la mémoire tampon profondeur, qui doit être gardée pour retenir la position de zone de vue, et, pour le moment, z-fighting est tout à fait visible. La partition profondeur sans rangée de profondeur superposée pourrait être la solution, et devrait être essayée.
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=== Rendu des surfaces transparentes ===
=== Rendu des surfaces transparentes ===
[[Image:project_rembrandt_5.png|thumb|300px|Surfaces transparentes desssinées d'après des objets opaques]]
[[Image:project_rembrandt_5.png|thumb|300px|Surfaces transparentes desssinées d'après des objets opaques]]
Les surfaces transparentes sont détectées par les plugins OSG loader qui captent la nuance de rendu TRANSPARENT_BIN
Les surfaces transparentes sont détectées par les plugins OSG loader et reçoivent des suggestions de rendu TRANSPARENT_BIN
  In the culling pass, the cull visitor orders transparent surfaces in transparent bin. In a cull callback attached to the Geometry camera, after the scenegraph traversal, the transparent bins are removed from the render stage and saved in a temporary collection. In a cull callback attached to the Lighting camera, after the scenegraph traversal, the transparent bins saved at the previous stage, are added to the render stage of the Lighting camera with a high order num. That way, the transparent surface are drawn on top of the scene lighted from the Gbuffer.
  Au stade collection, le collecteur commande les surfaces transparentes dans le le bac transparent. Dans un retour, attaché à la caméra Géometry, après la traversée scénographe, les bacs transparent sont enlevés de la phase rendu et sauvegardés dans un espace temporaire. Dans un retour attaché  la caméra Éclairage, après la traversée sceneraph, les bacs transparents sauvegardent au prochain stade, sont ajoutés  au stade rendu de la caméra éclairageavec un numéro d'ordre. Ainsi, les surfaces transparentes sont dessinées au sommet de la scene éclairée à partir de G-buffer .


=== Consommation de mémoire ===
=== Consommation de mémoire ===
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* G-tampon et tampon lumière: 20 bytes par pixel. Pour un écran HD (1920x1080) la mémoire requise est de 40 Mb
* G-tampon et tampon lumière: 20 bytes par pixel. Pour un écran HD (1920x1080) la mémoire requise est de 40 Mb
* Carte d'ombre 3 x taille_carte_ombre x shadow_map_size bytes (si la taille est 8192, la taille totale de la mémoire est 192 Mb
* Carte d'ombre 3 x taille_carte_ombre x shadow_map_size bytes (si la taille est 8192, la taille totale de la mémoire est 192 Mb
Ne pas compter les textures, liste d'affichage ou tampons vertex pour kes modèles et terrains
Ne pas compter les textures, liste d'affichage ou tampons vertex pour modèles et terrains


3 écrans HD ont besoin de 120 Mb de mémoire pour les tampons (ombre exclue), il vous faut  3x8192x8192x3 = 576 Mb (megabytes) de mémoire pour les seuls shadows.
3 écrans HD ont besoin de 120 Mb de mémoire pour les tampons (ombre exclue), il vous faut  3x8192x8192x3 = 576 Mb (megabytes) de mémoire pour les seuls shadows.
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</syntaxhighlight>
</syntaxhighlight>


Et mettez 4096 ou 2048 à la place.
Et mettez 4096 ou 2048 à la place.Vous pouvez aussi utiliser un paramètre de démarrage: --prop:/sim/rendering/shadows/map-size=2048
Vous pouvez aussi utiliser un paramètre de démarrage: --prop:/sim/rendering/shadows/map-size=2048


=== Pipeline configurable  ===
=== Pipeline configurable  ===
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</syntaxhighlight>
</syntaxhighlight>


==== Tampons ====
==== Tampons (Buffers)====
Un tampon est une texture utilisée comme zone de stockage dans le GPU. Sa taille est habituellement un multiple de la taille de l'écran, mais une taille fixe est prise en charge ( typique pour la carte d'ombres). La description d'un tampon suit :
Un tampon est une texture utilisée comme zone de stockage dans le GPU. Sa taille est habituellement un multiple de la taille de l'écran, mais une taille fixe est prise en charge ( typique pour la carte d'ombres). La description d'un tampon suit :


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|-
|-
|geometry
|geometry
|La phase geometry initialise la plupart des tampons et agit sur les objets réels et la géométrie. Les objets transparents sont placés à côté, et seront utilisés tels quels dans la phase lumière. Le rest e de la géométrie opaque  est rendu avec les effets standard, permettant de mettre la donnée sensible dans les tampons.
|La phase geometry initialise la plupart des tampons et agit sur les objets réels et la géométrie. Les objets transparents sont placés à côté, et seront utilisés tels quels dans la phase lumière. Le reste de la géométrie opaque  est rendu avec les effets standard, permettant de mettre la donnée sensible dans les tampons.
|-
|-
|ombre
|ombre
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==== Usage ====
==== Usage ====


For material shaders, it is necessary to provide both <tt>gbuffer-functions.frag</tt> and <tt>gbuffer-encode.frag</tt> in the effect file, like this :
Pour les shaders material, il faut fournir à la fois  <tt>gbuffer-functions.frag</tt> et <tt>gbuffer-encode.frag</tt> dans le fichier effet, comme suit :


<syntaxhighlight lang="xml">
<syntaxhighlight lang="xml">
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</syntaxhighlight>
</syntaxhighlight>


For fullscreen passes shaders, only <tt>gbuffer-functions.frag</tt> should be provided, like this :
Pour les shaders fullscreen passes, on doit fournir seulement <tt>gbuffer-functions.frag</tt>, comme ceci  :


<syntaxhighlight lang="xml">
<syntaxhighlight lang="xml">
Line 415: Line 412:
</syntaxhighlight>
</syntaxhighlight>


In the main function of the shader, the functions referenced need to be declared first. With no #include files, the whole function prototype needs to be typed :
Dans la principale fonction du shader, les fonctions référencées doivent être écrites en premier. Avec no #include files, le prototype de la fonction entière nécessite d'être typé :
<syntaxhighlight lang="glsl">
<syntaxhighlight lang="glsl">
void encode_gbuffer(vec3 normal, vec3 color, int mId, float specular, float shininess, float emission, float depth);
void encode_gbuffer(vec3 normal, vec3 color, int mId, float specular, float shininess, float emission, float depth);
main() {
main() {
     vec3 normal;
     vec3 normal;
Line 434: Line 430:
</syntaxhighlight>
</syntaxhighlight>


=== Geometry Stage ===
=== Phase Geometry ===
The Geometry Stage is there to fill the G-buffer. '''Shading doesn't occur at this stage, so light or fog computation should not be part of the shader'''. The required operation in the Fragment Shader is to fill every individual buffer with sensible value :
La phase Geometry est là pour remplir  le G-tampon. '''L'ombrage n'intervient pas à cette phase, et le calcul lumière ou brouillard ne doit pas faire partie du shader '''. L'opération requise dans le fragment Shader est de remplir avec une valeur sensible chaque tampon individuel :


{| class="wikitable" style="text-align: center;"
{| class="wikitable" style="text-align: center;"
|depth (gl_FragDepth)||GL_DEPTH_COMPONENT32||colspan="4"|Fragment depth
|pràfondeur (gl_FragDepth)||GL_DEPTH_COMPONENT32||colspan="4"|Fragment profondeur
|-
|-
|gl_FragData[0]||GL_RG16||colspan="2"|normal.x * 0.5 + 0.5||colspan="2"|normal.y * 0.5 + 0.5
|gl_FragData[0]||GL_RG16||colspan="2"|normal.x * 0.5 + 0.5||colspan="2"|normal.y * 0.5 + 0.5
Line 447: Line 443:
|}
|}


This is the default layout expected by the sunlight shader. material Id can be used to detect a different layout
Ceci est la couche par défaut attendue par le shader . material Id peut être utilisé pour détecter une couche différente


<!--
#Depth buffer, modified with gl_FragDepth, will record the distance between the fragment and the camera. Default behavior is to avoid to touch it, living the GPU rasterizer doing sensible things by interpolating vertex gl_Position from the Vertex or the Geometry Shader. If altering the computed depth is required, like in the Urban shader, the value of gl_FragDepth should be set.
#Normal buffer, modified with gl_FragData[0].xyz, will record the normal of the fragment in eye coordinates. gl_FragData[0].w is reserved for future use. The interpolated normal is usually simply stored but bump mapping or relief mapping affecting the normal can be computed here.
#Diffuse color buffer, modified with gl_FragData[1].rgb, will hold the unshaded color of the fragment, usually modulating the material diffuse+ambient color with the texture map. Diffuse color from environment mapping should also go here.
#Specular color, modified with gl_FragData[2].rgb, and specular shininess in gl_FragData[2].a, will retain the specular color of the fragment.
#Emission color, modified with gl_FragData[3].rgb
In anyway, don't use gl_FragColor as it is incompatible with MRT (Multi Render Target) and would affect the four last buffers with the same value. In that case, the model will glow (emission buffer initialized) and parts will disappear at certain view angles because normals are not initialized properly.


<span style="color:red;font-size:1.5em;font-weight:bold">This layout is going to change in the official repository when the merge will be done. The goal of this change is to fill more useful data into less texture memory and get rid of a stupid IP issue on float textures</span>
=== Pass lumière additionnelle ===
Il y aura là un seul shader pour chaque type de lumière utilisé. L'objectif est de créer des lumières comme animations dans le fichier model XML.  Le shader lumière retrouvera la scène geometry en combinant la position espace écran en vue de rayon espace par l'inversion de la matrix projection (une fonction plus secourable sera fournie), et le fragment profondeur à cette  position écran lit à partir du tampon profondeur. Avec l'aide du fragment normal, la couleur diffuse et specular et les propriétés de la lumière que le shader introduit, il sera possible d'ajouter au tampon lumière l'apport du rendu lumière.


-->
===Pass brouillard===
En utilisant le fragment profondeur, il sera possible de calculer une distribution brouillard. Pour le moment, il n'y a que l'équation simple brouillard.


=== Additional light pass ===
===Pass fleur===
There would be a single shader for each light type used. The plan is to create lights like animations in the model XML file. The light shader will retrieve scene geometry by combining screen space position converted in view space ray by the inverse of the projection matrix (an helper function should be provided), and the fragment depth at that screen position read from the depth buffer. With the help of the fragment normal, the diffuse and specular color and the properties of the light the shader implements, it will be possible to add to the lighting buffer the contribution of the light rendered.
C'est un effet double pass qui rend flou le tampon lumière dans une petite texture. Cette texture est ensuite ajoutée au tampon lumière lors de la phase affichage.


=== Fog Pass ===
=== Effets requis ===
Using the fragment depth, it will be possible to compute any fog distribution. For the moment, the simple fog equation is implemented.
Plusieurs pass sont mis en œuvre pour l'utilisation du système effet. Dans ce but , des effets sont référencés dans le code core utilisant des noms réservés. Ces effets sont:
 
=== Bloom Pass ===
This is a two-pass effect that blurs the lighting buffer in a small texture. This texture is then added to the lighting buffer at the display stage.
 
=== Required Effects ===
Several pass are implemented using the effect system. For this purpose, some effects are referenced in the core code using reserved names. these effects are:
{| class="wikitable" cellpadding="3"
{| class="wikitable" cellpadding="3"
!Name
!Nom
!Kind
!Type
!Purpose
!But
|-
|-
|<tt>Effects/ssao</tt>
|<tt>Effects/ssao</tt>
|Works on a full screen quad
|Agit sur un quad plein écran
|Compute ambient occlusion from the normal buffer and the depth buffer
|Calcule l'occlusion ambiante à partir du tampon normal et du tampon profondeur
|-
|-
|<tt>Effects/ambient</tt>
|<tt>Effects/ambient</tt>
|Works on a full screen quad
|Agit sur un quad plein écran
|Copies the diffuse color buffer multiplied by the ambient light to the lighting buffer. Ambient Occlusion can also affect ambient light.
|Copie le tampon couleur diffuse multiplié par la lumière ambiante au tampon éclairage. L'occlusion ambiante peut aussi affecter la lumière ambiante .
|-
|-
|<tt>Effects/light-spot</tt>
|<tt>Effects/light-spot</tt>
|Works on real geometry of the light volume
|Agit sur la géométrie réeelle du volume de la lumière
|Computes the light contribution of a spot light defined in a <tt>light</tt> animation having a <tt>light-type</tt> of '''<tt>spot</tt>'''
|Calcule la contribution lumière d'un point lumineux défini dans une animation <tt>light</tt>ayant un <tt>light-type</tt> de '''<tt>spot</tt>'''
|-
|-
|<tt>Effects/fog</tt>
|<tt>Effects/fog</tt>
|Works on a full screen quad
|Agit sur un quad de plein écran
|Computes the fog from the G-buffer and the lighting parameters
|Calcule le brouillard à partir du C-buffer et les paramètres de l'éclairage
|-
|-
|<tt>Effects/display</tt>
|<tt>Effects/display</tt>
|Works on a full screen quad
|Agit sur un quad de plein écran
|Renders the composite final image from the G-buffer and the lighting buffer
|Rends l'image finale composite à partir du G-buffer et du buffer éclairage
|}
|}


== Guidelines for modelers ==
== Lignes-guide pour modeleurs ==


=== Porting aircraft ===
=== Portage d'avion ===
* Rembrandt computes shadows => no more fake shadows in the model
* Rembrandt calcule les ombres => plus de fausses ombres dans le modèle
* Rembrandt computes ambient occlusion => no ambient occlusion baked into textures
* Rembrandt calcule l'occlusion ambiante => pas d'occlusion ambiante incluse dans les textures
* Rembrandt has light => static lightmap are not needed, emissive color to see models at night is not needed and would interfere
* Rembrandt est en lumière => les cartes lumière static ne sont pas nécéssaires, la couleur émissive pour voir les modèles n'est pas nécessaire, et pourrait interférer
* Rembrandt has glow => incorrectly used emissive colors may blur displays and make some text unreadable. Light size may have to be adjusted
* Rembrandt est brillant => les couleurs émissives incorrectement utilisées peuvent rendre flou, et rendre du texte illisible. L'intensité de la lumière devra être réglée
* Rembrandt has strict needs with shaders => shaders need to be adjusted to comply with the new framework otherwise the view will be plain wrong
* Rembrandt a des besoins précis avec les shaders => les shaders nécessitent un ajustement pour se conformer au nouveau cadre, sinon la vue sera faussée
* Rembrandt can't do transparent surfaces => transparent surface need to be properly registered to render them with the classical path
* Rembrandt ne peut faire des surfaces transparentes => les surfaces transparentes doivent être dûment enregistrées pour les atteindre avec le chemin classique


=== Registering all translucent surfaces ===
=== Enregistrement de toutes les surfaces translucides ===


Every model is, by default, rendered using the <tt>Effects/model-default</tt> effect. This effect initialize the G-buffer, ignoring transparent surfaces, by doing alpha testing and rendering all the geometry in the default bin. It is not possible to redirect rendering to transparent bins when the associated texture has alpha channel because most models use a single texture atlas and even opaque parts are rendered with texture with alpha channel.
Chaque modèle est par défaut rendu en utilisant l'effet  <tt>Effects/model-default</tt>. Cet effet initialise le G-buffer, en ignorant les surfaces transparentes, en mettant  alpha test et  rendu de toute la geometrie dans la poubelle. Il n'est pas possible de rediriger le rendu vers les bacs transparents lorsque la texture associée a un canal alpha car la plupart des modeles emploient un atlas simple texture et même les parties opaques sont rendues avec texture avec alpha canal.


If a model needs to have transparent or translucent surfaces, these surface objects need to be assigned a different effect that sets explicitly the render bin to "DepthSortedBin", or sets the rendering hint to "transparent". This tells the renderer to render this object using forward rendering, so lighting and fog need to be enabled, and if a shader program is used, they should be computed in the classical way. The <tt>Effects/model-transparent</tt> can be used to register simple transparent/translucent surfaces. You assign this effect to an object (or multiple objects) like:
Si un modèle nécessite des surfaces translucides ou transparentes , these surface objects need to be assigned a different effect that sets explicitly the render bin to "DepthSortedBin", or sets the rendering hint to "transparent". This tells the renderer to render this object using forward rendering, so lighting and fog need to be enabled, and if a shader program is used, they should be computed in the classical way. The <tt>Effects/model-transparent</tt> can be used to register simple transparent/translucent surfaces. You assign this effect to an object (or multiple objects) like:
  <effect>
  <effect>
   <inherits-from>Effects/model-transparent</inherits-from>
   <inherits-from>Effects/model-transparent</inherits-from>

Revision as of 17:56, 21 September 2012

WIP.png Travail en cours
Dans les heures ou les jours suivants, des travaux sur cet article ou section seront effectués.
Voyez l'histoire de l'article pour les derniers développements.

Pourquoi ce nom?

Rembrandt était un peintre hollandais du XVIIème siècle, maître incontesté du "clair-obscur".

Ce projet a pour but de changer la manière de rendre les lumières et les ombres qu'utilise FlightGear, et d'essayer d'imiter le style de Rembrandt dans FG.

De quoi s'agit-il ?

L'idée maîtresse du projet est d'implémenter le rendu différé au sein de FlightGear. Depuis le début, FlightGear utilise un moteur de rendu avancé, qui affiche toutes les propriétés d'un objet en une fois (ombre, éclairage, brouillard, ...), ce qui rend difficile le rendu d'un ombrage plus sophistiqué (voir le 'Uber-shader') du fait que tous les paramètres de l'équation lumineuse doivent être traités en une seule fois.

Vue principale avec le contenu des buffers affichés dans les coins

Au contraire, le rendu différé cherche à séparer les opérations en étapes simplifiées, et à collecter les résultats intermédiaires dans des buffers cachés, qui peuvent être utilisés par la prochain étape.

Le premier stade est celui de la Géométrie
nous rendons la scène entière dans 4 textures, en utilisant le rendu multi-cibles pour les traiter en un seul passage: un pour le buffer de profondeur, un pour les normals (en bas à gauche de l'image), un pour les couleurs "diffuses" (en bas à gauche) et un pour les couleurs "spéculaires" (en haut à droite).
Le stade suivant est celui de l'ombre
nous rendons encore la scène dans une texture profondeur concernant les éclairages. Il y aura une texture pour chaque lumière diffusant des ombres.
Ensuite, c'est le stade de la lumière, avec plusieurs sous-stades
  • Sky pass: Le ciel est dessiné d'abord selon la méthode classique.
  • Ambient pass: la mémoire-tampon "diffuse" est modulée avec la couleur ambiante de la scène, et est dessinée comme un quad texturé aligné sur l'écran
  • Sunlight pass: Un second quad aligné à l'écran est dessiné et un shader examine la position pour calculer sa couleur "diffuse" et "specular" en utilisant le "normal" stocké dans le premier stade. La couleur résultante et mélangée avec la passe précédente. Les ombres sont examinées ici par comparaison de la position du pixel avec la position du cache lumière stockée dans la carte shadows
  • Fog pass: un nouvel écran quad est dessiné et la position du pixel est calculée pour évaluer la quantité de brouillard du pixel. La couleur du brouillard est mélangée avec le résultat de la phase précédente
  • stade de la lumière additionnelle: le scene graph sera traversé une autre fois pour afficher les volumes de lumière (cône ou tronc de cône pour les taches de lumière, sphère pour les lumières omni directionnelles), et leur shader ajoutera la lumière composée uniquement par les pixels éclairés.
  • stade brouillard: un nouveau quad aligné sur l'écran est dessiné, et la position du pixel est calculée pour évaluer la quantité de brouillard du pixel. La couleur du brouillard est mélangée avec le résultat du stade précédent.
  • Stade des objets transparents: les objets transparents (et les nuages) sont enfin rendus en utilisant la méthode classique.
Tous les données de lumière sont accumulées dans une seule mémoire tampon, qui sera utilisée pour le dernier stade en addition au stade Géométrie.
A la fin, le stade affichage, avec l'option effet post-traitement
Les résultats des précédents tampons sont poussés dans le tampon principal pour être affichés, optionnellement modifiés pour montrer Glow, Motion blur, HDR, redout ou blackout, occlusion ambiante de l'espace écran, anti-aliasing, etc...

Dans FG, on termine le pipeline du rendu par l'affichage du GUI et du HUD.

Tous ces phases sont plus précisément décrites dans tutorial c'est la base du code actuel, avec quelques ajouts ou modifications.

Avertissements

Le rendu différé n'affiche pas la transparence. Pour le moment, les nuages doivent être éclairés et ombrés par eux-mêmes. Les surfaces transparentes sont alpha-testées et non mélangées. Elles doivent être amenées dans leur propre bac sur l'image composite.

La partition profondeur ne marche pas non plus, à cause de la mémoire tampon profondeur, qui doit être gardée pour retenir la position de zone de vue, et, pour le moment, z-fighting est tout à fait visible. La partition profondeur sans rangée de profondeur superposée pourrait être la solution, et devrait être essayée.

Le passage de la lumière peut rendre certains MFD illisibles (ce qui utilisent une couleur émissive) car flous. Ils devront être traités comme transparents.


Mise en œuvre

Répertoires

Le code est la principale branche du répertoire officiel. Aucune autre localisation n'existe.

Rendu des surfaces transparentes

Surfaces transparentes desssinées d'après des objets opaques

Les surfaces transparentes sont détectées par les plugins OSG loader et reçoivent des suggestions de rendu TRANSPARENT_BIN

Au stade collection, le collecteur commande les surfaces transparentes dans le le bac transparent. Dans un retour, attaché à la caméra Géometry, après la traversée scénographe, les bacs transparent sont enlevés de la phase rendu et sauvegardés dans un espace temporaire. Dans un retour attaché  la caméra Éclairage, après la traversée sceneraph, les bacs transparents sauvegardent au prochain stade, sont ajoutés  au stade rendu de la caméra éclairageavec un numéro d'ordre. Ainsi, les surfaces transparentes sont dessinées au sommet de la scene éclairée à partir de G-buffer .

Consommation de mémoire

Pour chaque caméra définie du groupe, il y a une carte d'ombre séparée, de telle sorte que l'utilisation de la mémoire vidéo soit:

  • G-tampon et tampon lumière: 20 bytes par pixel. Pour un écran HD (1920x1080) la mémoire requise est de 40 Mb
  • Carte d'ombre 3 x taille_carte_ombre x shadow_map_size bytes (si la taille est 8192, la taille totale de la mémoire est 192 Mb

Ne pas compter les textures, liste d'affichage ou tampons vertex pour modèles et terrains

3 écrans HD ont besoin de 120 Mb de mémoire pour les tampons (ombre exclue), il vous faut 3x8192x8192x3 = 576 Mb (megabytes) de mémoire pour les seuls shadows.

Si vous voyez des messages d'erreur pendant le démarrage, ou si FlightGear ne démarre pas bien, c'est probablement parceque vous n'avez pas assez de mémoire vidéo libre. Réduisez la taille de la carte d'ombre dans préférences.xml

 <map-size type="int">8192</map-size>

Et mettez 4096 ou 2048 à la place.Vous pouvez aussi utiliser un paramètre de démarrage: --prop:/sim/rendering/shadows/map-size=2048

Pipeline configurable

Le rendu Rembrandt utilise un fichier XML pour installer son pipeline pour chaque fenêtre décrite dans le groupe de cameras. Ce fichier mntre la façon dont les tampons intermédiaires sont établis, et comment les différentes étapes du rendu sont agencés. Le schéma général du fichier pipeline est le suivant :

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<PropertyList>
	<!-- BUFFERS -->
	<buffer>
		<!-- 1ere définition de tampon -->
	</buffer>
	<buffer>
		<!-- n ème définition de tampon -->
	</buffer>
	
	<!-- STAGES -->
	<stage>
		<!-- 1ère définition d'étape -->
	</stage>
	<stage>
		<!-- n ème définition d'étape -->
	</stage>
</PropertyList>

Tampons (Buffers)

Un tampon est une texture utilisée comme zone de stockage dans le GPU. Sa taille est habituellement un multiple de la taille de l'écran, mais une taille fixe est prise en charge ( typique pour la carte d'ombres). La description d'un tampon suit :

	<buffer>
		<name>buffer-name</name>
		<internal-format>rgba8</internal-format> <!-- rgb8, rgba8, rgb16, rgba16, rg16, depth-component24, depth-component32 or OpenGL hex value -->
		<source-format>rgba</source-format> <!-- rg, rgb, rgba, depth-component or OpenGL hex value -->
		<source-type>unsigned-byte</source-type> <!-- unsigned-byte, unsigned-short, unsigned-int, float or OpenGL hex value -->
		<width>screen</width> <!-- screen, value or <property>/a/width/property</property> -->
		<height>screen</height> <!-- screen, value or <property>/a/height/property</property> -->
		<scale-factor>1.0</scale-factor>
		<wrap-mode>clamp-to-border</wrap-mode> <!-- clamp, clamp-to-border, clamp-to-edge, mirror, repeat or OpenGL hex value -->
		<!-- optional, for shadow map -->
		<shadow-comparison>true</shadow-comparison>
		<!-- optional condition -->
		<condition>
			<!-- Valid boolean expression -->
		</condition>
	</buffer>


Phases

Une phase est une unité de rendu d'un groupe de tampons. La plupart des phases sont pré-définies et leur type n'est pas libre. Quand un type n'est pas spécifié, le nom est utilisé? Les types de phases sont :

Stage type Purpose
geometry La phase geometry initialise la plupart des tampons et agit sur les objets réels et la géométrie. Les objets transparents sont placés à côté, et seront utilisés tels quels dans la phase lumière. Le reste de la géométrie opaque est rendu avec les effets standard, permettant de mettre la donnée sensible dans les tampons.
ombre Dans cette phase, la géométrie est rendue dans la carte normale à partir de la perspective du soleil.
lumière Cette phase utilise les tampons remplis par les phases précédrntes pour éclairer chaque pixel de la scène. Le résultat est rendu dans un autre tampon pour permettre des effets ultérieurs.
plein écran Les phases de ce type sont utilisés pour changer la scène entière, ou transformer une donnée à partir d'un tampon particulier.
affichage Le rendu final de la scène à l'écran est jugé à l'écran, ou la texture est définie dans le groupe caméra .

Ci-dessous, une description de phase :

	<stage>
		<name>stage-name</name>
		<type>stage-type</type> <!-- optionnel si le nom est l'un des types prédéfinis sauf plein écran  -->
		<order-num>-1</order-num>
		<effect>Effects/fullscreen-effect</effect> <!-- seulement si type == fullscreen -->
		<needs-du-dv>true</needs-du-dv> <!-- seulement si type == fullscreen -->
		<scale-factor>0.25</scale-factor> <!-- seulement si type == fullscreen -->

		<!-- optional condition -->
		<condition>
			<!-- Valid boolean expression -->
		</condition>

		<attachment>
			<!-- First attachment definition -->
		</attachment>
		<attachment>
			<!-- Nth attachment definition -->
		</attachment>

		<!-- Passes only for the lighting stage -->
		<pass>
			<!-- First pass definition -->
		</pass>
		<pass>
			<!-- Nth pass definition -->
		</pass>
	</stage>

Les phases sont rendues dans les tampons (sauf pur la phase affichage). Les pièces jointes disent quels tampons sony affectés par chaque phase.

Pièces jointes

La pièce jointe décrit la liaison entre tampon et poit d'attachement :

	<attachment>
		<component>color0</component> <!-- depth, stencil, packed-depth-stencil, color0, color1, color2 or color3 -->
		<buffer>buffer-name</buffer>
		<!-- optional condition -->
		<condition>
			<!-- Valid boolean expression -->
		</condition>
	</attachment>
Permissions(passes)

Les Passes sont seulement disponibles dans la phase lighting. trois sortes de phases sont autorisées :

Pass type Purpose
sky-clouds Rendus de la voûte céleste, solei, lune, planète, étoiles et nuages
lumières Rendus des taches additionnelles et points lumineux
plein écran Le pass fullscreen analogue à une phase fullscreen sauf qu'il est rendu dans des tampons attachés à la phase lumière

Un pass est défini ci-dessous :

	<pass>
		<name>pass-name</name>
		<type>pass-type</type> <!-- optionnel si le nom est prédéfini excepté fullscreen -->
		<order-num>-1</order-num>
		<effect>Effects/fullscreen-effect</effect> <!-- seulement si type == fullscreen -->

		<!-- optional condition -->
		<condition>
			<!-- Valid boolean expression -->
		</condition>
	</pass>

Une phase lumière typique est une succession de 5 pass:

  1. sky-clouds pass
  2. fullscreen pass pour lumière ambiante
  3. fullscreen pass pour lumière solaire (et ombres)
  4. lights pass
  5. fullscreen pass pour brouillard

Chaque effet attaché au plein écran définit le mélange fait entre le pass et la somme précédente de rendu.

Démarrage de FlightGear avec Rembrandt

dialogue Rembrandt

Le rendu Rembrandt est maintenant intégré dans le répertoire principal, mais doit être activé pour démarrer. Il y a deux façons de l'activer (une seule est nécessaire):

  • --enable-rembrandt (lorsqu'on utilise FGRun, on peut ajouter ceci derrière le FG_EXECUTABLE sur la première page).
  • --prop:/sim/rendering/rembrandt/enabled=true (avec FGRun on peut ajouter ceci via Advanced > Properties sur la dernière page).

Le View > Rendering Options > Rembrandt Options dialogue vous permet de basculer et d'ajuster les différentes options offertes par Rembrandt.

Rembrandt est très gourmand en ressources GPU et son démarrage peut échouer avec les options par défaut. Le symptome le plus fréquent est un message OSG dans la console :

RenderStage::runCameraSetUp(), FBO setup failed, FBO status= 0x8cd6
Warning: RenderStage::runCameraSetUp(State&) Pbuffer does not support multiple color outputs.

On peut voir aussi :

glLinkProgram "" FAILED
Program "" infolog:
Fragment info
-------------
0(37) : error C6013: Only arrays of texcoords may be indexed in this profile, and only with a loop index variable
0(36) : error C6013: Only arrays of texcoords may be indexed in this profile, and only with a loop index variable
0(35) : error C6013: Only arrays of texcoords may be indexed in this profile, and only with a loop index variable
0(34) : error C6013: Only arrays of texcoords may be indexed in this profile, and only with a loop index variable

Des options additionnelles peuvent éviter ces problèmes :

--prop:/sim/rendering/rembrandt/use-color-for-depth=true Certaines vieilles cartes NVidia comme 7600GT, n'ont pas assez de résolution pour la profondeur, et on voit des "rideaux de brouillard" à quelques mètres devant. Une astuce consiste à encoder la profondeur dans une autre texture et donner la valeur correcte ensuite. Cette option permet cela.
--prop:/sim/rendering/shadows/enabled=false Désactive les ombres tout à fait.
--prop:/sim/rendering/shadows/num-cascades=1 Évite le message "error C6013" sur les vieilles cartes en manque de résolution dans le cockpitt. Mettez /sim/rendering/shadows/cascade-far-m[0] pour changer la taille de la carte d'ombre. Plus de taille, et moins de résolution (la valeur par défaut est 5 mètres)
--prop:/sim/rendering/shadows/map-size=<power-of-two> Définnissez la taille de la carte d'ombres. Les valeurs utilles sont 1024, 2048, 4096 ou 8192. Peu de cartes supportent 16384.
--prop:/sim/rendering/shadows/num-cascades Définissez le nombre de cascades de la carte ombre. Moins de cascades signifie moins de temps passé à générer la carte shadow, mais aussi signifie une qualité moindre de l'ombre. Mettez entre 1 et 4.
--prop:/sim/rendering/shadows/cascade-far-m[i]

(1 <= i <= /sim/rendering/shadows/num-cascades <= 4)

Définissez la taille de cascade de la carte shadow pour chaque cascade. Les valeurs par défaut sont 5m, 50m, 500m et 5000m pour 4 cascades.
--prop:/sim/rendering/rembrandt/no-16bit-buffer=false Par défaut, Rembrandt utilise normalement des tampons de 8 bits (ainsi, la propriété est vraiment définie par défaut). Ceci peut créer des artefacts pour les éclairages specular. Si c'est inacceptable et si le GPU le supporte, mettez false pour avoir une meilleure précision pour les normales et les effets s'appuyant sur une direction normale.

Lignes directrices pour les écrits shader

Uniformes prédéfinis

Ces uniformes glsl n'ont pas besoin d'être déclarés dans le fichier effet

Name Type Purpose
fg_ViewMatrix mat4 En pass plein écran seulement, view matrix utilisé our transformer la position écran en direction vue
fg_ViewMatrixInverse mat4 En pass plein écran seulement, view matrix inverse employé pour transformer la position écran en direction vue
fg_ProjectionMatrixInverse mat4 En pass plein écran seulement, projection matri inverse employé pour transformer la position écran en direction vue
fg_CameraPositionCart vec3 Position de la caméra en coordonnées cartésiennes
fg_CameraPositionGeod vec3 Position de la caméra dans l'espace, exprimé en coordonnées géodésiques (longitude et latitude en radians, élévation en mètres)
fg_SunAmbientColor vec4
fg_SunDiffuseColor vec4
fg_SunSpecularColor vec4
fg_SunDirection vec3
fg_FogColor vec4
fg_FogDensity float
fg_ShadowNumber int
fg_ShadowDistances vec4
fg_DepthInColor bool Dire si la profondeur est rangée dans une texture profondeur ou une texture couleur
fg_Planes vec3 Utilisé pour convertir la valeur du tampon profondeur en une profondeur qui peut être utilisée pour calculer la position dans l'espace du fragment.
fg_BufferSize vec2 Dimensions du tampon, utilisé pour convertir gl_FragCoord dans la taille [0..1][0..1]
osg_ViewMatrix mat4 Definie par OSG, employé seulement lors du travail sur la géométrie réelle
osg_ViewMatrixInverse mat4 Definie par OSG, employé seulement lors du travail sur la géométrie réelle

.Ils doivent encore être déclarés dans le fragment du vertex shader

Fonctions utilitaires

Pour faciliter la maintenance des shaders plusieurs fonctions utilitaires sont disponibles pour le fragment shader. Ces fonctions sont placées ensemble dans deux fichiers : gbuffer-functions.frag et gbuffer-encode.frag.

gbuffer-encode.frag

void encode_gbuffer(vec3 normal, vec3 color, int mId, float specular, float shininess, float emission, float depth)
Utilisé pour encoder youtes les valeurs de G-Buffer dans material shaders

gbuffer-functions.frag

vec2 normal_encode(vec3 n)
Employé pour compresser normals à l'intérieur de G-Buffer dans material shaders. Normalement appelé de encode_gbuffer()
vec3 normal_decode(vec2 enc)
Reconstruit normals à partir de G-Buffer. Employé dans shaders plein écran et shaders lumière
vec3 float_to_color(in float f)
Encode les valeurs float dans la taille [0..1] dans les 24 bits d'une couleur. cette fonction est employée par encode_gbuffer() si le /sim/rendering/use-color-for_depth est vrai, pour les vieilles cartes qui ne fournissent pas d'information profondeur avec assez de résolution dans les shaders fullscreen ou lumière.
float color_to_float(vec3 color)
Décode les valeurs float dans la taille [0..1] dans les 24 bits d'une couleur. cette fonction est employée par position() si le /sim/rendering/use-color-for_depth est vrai, pour les vieilles cartes qui ne fournissent pas d'information profondeur avec assez de résolution dans les shaders fullscreen ou lumière.
vec3 position( vec3 viewDir, float depth )
Reconstruit la position eye space à partir de la direction view position a partir de la view direction et la profondeur lue du tampon profondeur
vec3 position( vec3 viewDir, vec3 depthColor )
Reconstruit la position eye space à partir de la direction view et la profondeur encodée dans une couleur lue du tampon profondeur
vec3 position( vec3 viewDir, vec2 coords, sampler2D depth_tex )
Reconstruit la position eye space à partir de la direction vue et du tampon profondeur (profondeur réelle ou couleur selon la valeur de /sim/rendering/use-color-for_depth) à un fragment donné sur l'écran, donné par coords

Usage

Pour les shaders material, il faut fournir à la fois gbuffer-functions.frag et gbuffer-encode.frag dans le fichier effet, comme suit :

	<program>
		<vertex-shader>Shaders/ubershader.vert</vertex-shader>
		<fragment-shader>Shaders/ubershader-gbuffer.frag</fragment-shader>
		<fragment-shader>Shaders/gbuffer-functions.frag</fragment-shader>
		<fragment-shader>Shaders/gbuffer-encode.frag</fragment-shader>
	</program>

Pour les shaders fullscreen passes, on doit fournir seulement gbuffer-functions.frag, comme ceci  :

	<program>
		<vertex-shader>Shaders/sunlight.vert</vertex-shader>
		<fragment-shader>Shaders/sunlight.frag</fragment-shader>
		<fragment-shader>Shaders/gbuffer-functions.frag</fragment-shader>
	</program>

Dans la principale fonction du shader, les fonctions référencées doivent être écrites en premier. Avec no #include files, le prototype de la fonction entière nécessite d'être typé :

void encode_gbuffer(vec3 normal, vec3 color, int mId, float specular, float shininess, float emission, float depth);
main() {
    vec3 normal;
    vec3 color;
    int mId;
    float specular;
    float shininess;
    float emission;
    float depth;

    // Do shader computations

    encode_gbuffer(normal, color, mId, specular, shininess, emission, depth);
}

Phase Geometry

La phase Geometry est là pour remplir le G-tampon. L'ombrage n'intervient pas à cette phase, et le calcul lumière ou brouillard ne doit pas faire partie du shader . L'opération requise dans le fragment Shader est de remplir avec une valeur sensible chaque tampon individuel :

pràfondeur (gl_FragDepth) GL_DEPTH_COMPONENT32 Fragment profondeur
gl_FragData[0] GL_RG16 normal.x * 0.5 + 0.5 normal.y * 0.5 + 0.5
gl_FragData[1] GL_RGBA8 diffuse.r diffuse.g diffuse.b material id * 1/255.0
gl_FragData[2] GL_RGBA8 specular.l specular.s emission.l pixel valid if != 0

Ceci est la couche par défaut attendue par le shader . material Id peut être utilisé pour détecter une couche différente


Pass lumière additionnelle

Il y aura là un seul shader pour chaque type de lumière utilisé. L'objectif est de créer des lumières comme animations dans le fichier model XML. Le shader lumière retrouvera la scène geometry en combinant la position espace écran en vue de rayon espace par l'inversion de la matrix projection (une fonction plus secourable sera fournie), et le fragment profondeur à cette position écran lit à partir du tampon profondeur. Avec l'aide du fragment normal, la couleur diffuse et specular et les propriétés de la lumière que le shader introduit, il sera possible d'ajouter au tampon lumière l'apport du rendu lumière.

Pass brouillard

En utilisant le fragment profondeur, il sera possible de calculer une distribution brouillard. Pour le moment, il n'y a que l'équation simple brouillard.

Pass fleur

C'est un effet double pass qui rend flou le tampon lumière dans une petite texture. Cette texture est ensuite ajoutée au tampon lumière lors de la phase affichage.

Effets requis

Plusieurs pass sont mis en œuvre pour l'utilisation du système effet. Dans ce but , des effets sont référencés dans le code core utilisant des noms réservés. Ces effets sont:

Nom Type But
Effects/ssao Agit sur un quad plein écran Calcule l'occlusion ambiante à partir du tampon normal et du tampon profondeur
Effects/ambient Agit sur un quad plein écran Copie le tampon couleur diffuse multiplié par la lumière ambiante au tampon éclairage. L'occlusion ambiante peut aussi affecter la lumière ambiante .
Effects/light-spot Agit sur la géométrie réeelle du volume de la lumière Calcule la contribution lumière d'un point lumineux défini dans une animation lightayant un light-type de spot
Effects/fog Agit sur un quad de plein écran Calcule le brouillard à partir du C-buffer et les paramètres de l'éclairage
Effects/display Agit sur un quad de plein écran Rends l'image finale composite à partir du G-buffer et du buffer éclairage

Lignes-guide pour modeleurs

Portage d'avion

  • Rembrandt calcule les ombres => plus de fausses ombres dans le modèle
  • Rembrandt calcule l'occlusion ambiante => pas d'occlusion ambiante incluse dans les textures
  • Rembrandt est en lumière => les cartes lumière static ne sont pas nécéssaires, la couleur émissive pour voir les modèles n'est pas nécessaire, et pourrait interférer
  • Rembrandt est brillant => les couleurs émissives incorrectement utilisées peuvent rendre flou, et rendre du texte illisible. L'intensité de la lumière devra être réglée
  • Rembrandt a des besoins précis avec les shaders => les shaders nécessitent un ajustement pour se conformer au nouveau cadre, sinon la vue sera faussée
  • Rembrandt ne peut faire des surfaces transparentes => les surfaces transparentes doivent être dûment enregistrées pour les atteindre avec le chemin classique

Enregistrement de toutes les surfaces translucides

Chaque modèle est par défaut rendu en utilisant l'effet Effects/model-default. Cet effet initialise le G-buffer, en ignorant les surfaces transparentes, en mettant alpha test et rendu de toute la geometrie dans la poubelle. Il n'est pas possible de rediriger le rendu vers les bacs transparents lorsque la texture associée a un canal alpha car la plupart des modeles emploient un atlas simple texture et même les parties opaques sont rendues avec texture avec alpha canal.

Si un modèle nécessite des surfaces translucides ou transparentes , these surface objects need to be assigned a different effect that sets explicitly the render bin to "DepthSortedBin", or sets the rendering hint to "transparent". This tells the renderer to render this object using forward rendering, so lighting and fog need to be enabled, and if a shader program is used, they should be computed in the classical way. The Effects/model-transparent can be used to register simple transparent/translucent surfaces. You assign this effect to an object (or multiple objects) like:

<effect>
 <inherits-from>Effects/model-transparent</inherits-from>
 <object-name>TheObject</object-name>
</effect>

If opaque surface need to have special effect, for example to apply bump mapping, this effect should use the "RenderBin" bin, or the rendering hint set to "opaque", and the G-buffer needs to be initialized correctly in the Geometry stage.

Adding lights to a model

There are two things to consider: the appearance of the light source and the illuminated area. For the appearance of the light source (what you see when you look at the bulb), you need a model with an emissive material that will produce the glow effect and that is visible at night.

For the effect of the source on its environment (the lit area), we must have in the 3D model (the .ac file) a volume that includes the effect (Light Volume). It can be a large cone for spotlights or a sphere for point light. It's important that the light volume is closed, convex and it's normals are oriented outward.

The light volume must be part of the geometry of the model and be referenced in the animation file. No need to add a color or an effect to this volume. Light calculation is only done on the fragments covered by the light volume, but has no influence on the color or the attenuation of the light.

All available animations are possible on the light volume, except material and texture. It is not possible to change color of lights for the moment, except switching to another animation. Axis and position are in object space and are transformed by the subsequent animations.

Spotlights

<animation>
   <type>light</type>
   <light-type>spot</light-type>
   <name>LightSrcRight</name>
   <object-name>LightRight</object-name>
   <nopreview/>
   <position>
     <x>0.169</x>
     <y>0.570</y>
     <z>0.713</z>
   </position>
   <direction>
     <x>-0.9988</x>
     <y>0.0349</y>
     <z>-0.0349</z>
   </direction>
   <ambient>
     <r>0.03</r>
     <g>0.03</g>
     <b>0.03</b>
     <a>1.0</a>
   </ambient>
   <diffuse>
     <r>0.7</r>
     <g>0.7</g>
     <b>0.6</b>
     <a>1.0</a>
   </diffuse>
   <specular>
     <r>0.7</r>
     <g>0.7</g>
     <b>0.7</b>
     <a>1.0</a>
   </specular>
   <dim-factor>
      <property>dimming/property</property>
      <!-- optional begin -->
      <expression />
      <interpolation />
      <factor>1</factor>
      <offset>0</offset>
      <min>0</min>
      <max>1</max>
      <!-- optional end -->
   </dim-factor>
   <attenuation>
     <c>1.0</c>
     <l>0.002</l>
     <q>0.00005</q>
   </attenuation>
   <exponent>30.0</exponent>
   <cutoff>39</cutoff>
   <near-m>3.5</near-m>
   <far-m>39</far-m>
 </animation>
Name Purpose
type Install the light animation
light-type This is a spot light
name Name given to this animation
object-name Name of the light volume in the 3d model (typically a cone with an apex at position, along direction axis if cutoff is lesser than 90 degrees, or a sphere centered at position if cutoff is greater than 90 degrees )
nopreview Hide light volume in fgrun 3d preview
position In object space, position of the light
direction In object space, direction to the center of the spot
ambient Ambient color of the light
diffuse Diffuse color of the light
specular Specular color of the light
dim-factor Group of parameters to control a factor that is applied to ambient, diffuse and specular at the same time
attenuation Three element vector. <c> element is the constant factor, <l> element is the linear factor and element is the quadratic factor.

Attenuation of color at distance d is Spotlight attenuation.png

exponent Attenuation is multiplied by pow( dot( lightDir, <direction> ), <exponent> ), lightDir being vector from light position to point, in camera space.
cutoff Point is lit by this source if dot( lightDir, <direction> ) > <cutoff> , lightDir being vector from light position to point, in camera space.
near-m Minimum distance of influence, from position, in meters
far-m Maximum distance of influence, from position, in meters

Point lights

<animation>
   <type>light</type>
   <light-type>point</light-type>
   <name>LightSrcRight</name>
   <object-name>LightRight</object-name>
   <nopreview/>
   <position>
     <x>0.169</x>
     <y>0.570</y>
     <z>0.713</z>
   </position>
   <ambient>
     <r>0.03</r>
     <g>0.03</g>
     <b>0.03</b>
     <a>1.0</a>
   </ambient>
   <diffuse>
     <r>0.7</r>
     <g>0.7</g>
     <b>0.6</b>
     <a>1.0</a>
   </diffuse>
   <specular>
     <r>0.7</r>
     <g>0.7</g>
     <b>0.7</b>
     <a>1.0</a>
   </specular>
   <dim-factor>
      <property>dimming/property</property>
      <!-- optional begin -->
      <expression />
      <interpolation />
      <factor>1</factor>
      <offset>0</offset>
      <min>0</min>
      <max>1</max>
      <!-- optional end -->
   </dim-factor>
   <attenuation>
     <c>1.0</c>
     <l>0.002</l>
     <q>0.00005</q>
   </attenuation>
   <near-m>3.5</near-m>
   <far-m>39</far-m>
 </animation>
Name Purpose
type Install the light animation
light-type This is a point light
name Name given to this animation
object-name Name of the light volume in the 3d model (typically a sphere centered on position, with a radius of far-m)
nopreview Hide light volume in fgrun 3d preview
position In object space, position of the light
ambient Ambient color of the light
diffuse Diffuse color of the light
specular Specular color of the light
dim-factor Group of parameters to control a factor that is applied to ambient, diffuse and specular at the same time
attenuation Three element vector. <c> element is the constant factor, <l> element is the linear factor and element is the quadratic factor.

Attenuation of color at distance d is Spotlight attenuation.png

near-m Minimum distance of influence, from position, in meters
far-m Maximum distance of influence, from position, in meters

TODO List

Completed tasks

  • Fix shadow rendering when using multi threading in OSG
  • Implement Cascaded Shadow Map (need to be optimized - frustum calculation and night)
  • Honor 'noshadow' animation (done)
  • See what happens with glow in fog : unknown landclass creates white patches in the emission buffer - scenery generation problem
  • Test multi-screen (mostly done)
  • Restore splashscreen
  • Draw transparent objects with forward rendering (may need to capture the transparent bin from the geometry stage and move it in the display stage) (OK - needs model contribution)
  • Add spotlights as animations (nearly finished)
  • find a solution for ambient and emissive color of material (may need an additional buffer)
  • Provide a shader for transparent objects that could render to the emissive buffer too (using MRT) not doable. Light pass can't use MRT
  • Use stencil buffer to limit light range(no - done in light shader)
    • needed for cockpit light to implement fake shadows and avoid lighting the runway from the cabin through the airframe
  • Use effect system instead of hard-coded shaders
  • Add new animation to link a light source to a model (need to provide point light animation duplicating spot light) (done)
  • Tidy up the architecture (done)
  • Global strength of glow or ambient occlusion via slider in rendering dialog
  • Fix dim-factor in multiplayer mode (done)
  • Design and implement a configurable pipeline (done)
  • Document rendering pipeline configuration file format (done)

Near term tasks

  • Convert existing shaders to deferred rendering
  • Avoid to redraw opaque objects in the light pass. Involve OSG node mask not properly initialized.
  • take care of particles and precipitation
  • Fix fog on clouds
  • Fix shadow matrices in multi-screen
  • Implement lightfield shader

Long term ideas (unsorted)

  • implement strength of glow (in the emissive buffer alpha channel)
    • provide levels 0 to 5 - we are currently at level 5
    • level 0 should be ok for MFDs that are currenly unreadable because blurred
  • Modify shadows to allow multiple casters (limited list)
    • Implement a priority list of light sources, based on priority and distance from the viewer
  • Restore depth partitioning using depth ranges
  • Restore stereo and other options currently available in CameraGroup
  • Implement quality vs performance user control

Gallery

Appendix

References