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">
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</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;
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</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
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|}
|}


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>
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