JP7650273B2 - ライトボリュームレンダリング - Google Patents

Description

グラフィックプロセッサは、多くの場合、幾何モデルからコンピュータ生成画像を生成するために、コンピュータグラフィックス処理システム内で使用される。幾何モデルは、仮想シーンの様々なオブジェクト、詳細（details）、光源、及び、他の要素を定義する。コンピューティングシステムは、幾何モデル及びソフトウェアアプリケーションからの他の入力に基づいて、所定のシーンをレンダリングする方法を決定する。これらの入力は、点、線、多角形、３次元ソリッドオブジェクト、及び、他のオブジェクト等のグラフィカルオブジェクトを含む。これらのオブジェクトは、より一般的に「プリミティブ」と呼ばれることがある。

グラフィックスプロセッシングユニット（ＧＰＵ）又は他のタイプのプロセッサは、所望の画像又はビデオフレームを表すピクセルカラー値の２次元配列又は３次元配列を生成するために入力及び幾何モデルを処理する。フレームの各ピクセルは、色又はテクスチャを含む、フレームと関連付けられた複数の属性を有する。シェーダーは、ピクセルを表す最終値を実現するために、各ピクセルの属性に対して算術演算及び論理演算を実行するために使用される。最終値はフレームバッファに格納され、ピクセルがディスプレイデバイスに送り込まれると使用される。レンダリングされている仮想シーンに光源が存在する場合、光源によって照らされているピクセルに照明効果が適用される。何れのピクセルを照らす必要があるのか、及び、何れのピクセルを照らす必要がないのかを決定することは難しい可能性がある。この課題に対処するための既存の手法の多くは、大量の中央演算処理装置（ＣＰＵ）サイクル、ＧＰＵ帯域幅を使用する、及び／又は、その初期のピクセルフィルタリングで粗い（つまり、それらが選択するピクセルが多すぎる）。

添付図面と共に以下の説明を参照することによって、本明細書で説明する方法及びメカニズムの利点をより良好に理解することができる。

コンピューティングシステムの一実施形態のブロック図である。 グラフィックをレンダリングするためのシステムの別の実施形態の論理ブロック図である。 アプリケーションによってレンダリングされているシーンの例示的な実施形態の図である。 アプリケーションによってレンダリングされているシーンの一例の図である。 一実施形態による、レンダリングされているシーンの図である。 レンダリングされているシーンに関連する図である。 コンピューティングシステムの一実施形態のブロック図である。 ライトボリュームレンダリングを実行するための方法の一実施形態を示す一般化されたフロー図である。 ライトボリュームレンダリングを実行するための方法の一実施形態を示す一般化されたフロー図である。 ライトボリュームの前面を投影面に投影するための方法の一実施形態を示す一般化されたフロー図である。

以下の説明では、本明細書で提示される方法及びメカニズムの十分な理解をもたらすために、多数の特定の詳細が示される。しかしながら、当業者は、これらの特定の詳細を用いることなく、様々な実施形態を実施し得ることを認識するはずである。いくつかの例では、本明細書で説明する手法を不明瞭にすることを回避するために、周知の構造、構成要素、信号、コンピュータプログラム命令、及び、技術が詳細に示されていない。説明を簡潔及び明瞭にするために、図面に示す要素は必ずしも縮尺通りに描かれていないことを理解されたい。例えば、いくつかの要素の寸法は、他の要素に対して誇張される場合がある。

本明細書では、ライトボリュームレンダリング技術を実装するための様々なシステム、装置及び方法が開示されている。プロセッサは、仮想シーンをレンダリングするために、アプリケーションを実行する。プロセッサは、仮想シーンのジオメトリをレンダリングし、複数のピクセルを生成してジオメトリバッファに格納する。ジオメトリバッファの複数のピクセルは、光源を考慮せずに生成される。ジオメトリバッファは、画面上の全てのピクセルの深度値を含む。次に、プロセッサは、仮想シーン内の各光源のライトボリュームをレンダリングする。次に、プロセッサは、シーンジオメトリの何れのピクセルが、所定のライトボリュームの前面の前にあるのかを決定するために、ジオメトリバッファを通る第１のパスを実行する。所定のライトボリュームの前面の前にあるこれらのシーンジオメトリピクセルは、ジオメトリバッファを通る第２のパスを実行するときに記録され、廃棄される。第２のパスは、何れのシーンジオメトリピクセルがライトボリュームの背面の後ろにあるのかを決定するために実行される。残りのシーンジオメトリピクセルは、ライトボリュームの範囲に入るそれらのピクセルである。照明効果は、ライトボリュームの範囲に入るピクセルに適用され、次にピクセルシェーダーが仮想シーンを表すためにピクセルに陰影を付ける。次に、ピクセルは、ディスプレイコントローラに提供され、ディスプレイに送り込むことができる。このプロセスは、ビデオゲーム、映画及び他のアプリケーションのフレーム毎に、シーンの各光源について繰り返すことができる。

図１を参照すると、コンピューティングシステム１００の一実施形態のブロック図が示されている。一実施形態では、コンピューティングシステム１００は、少なくともプロセッサ１０５Ａ～１０５Ｎと、入力／出力（Ｉ／Ｏ）インタフェース１２０と、バス１２５と、メモリコントローラ（複数可）１３０と、ネットワークインタフェース１３５と、メモリデバイス（複数可）１４０と、ディスプレイコントローラ（１５０）と、ディスプレイ１５５と、を含む。他の実施形態では、コンピューティングシステム１００は、他のコンポーネントを含み、及び／又は、コンピューティングシステム１００は、異なる構成とされる。プロセッサ１０５Ａ～１０５Ｎは、システム１００に含まれる任意の数のプロセッサを表す。

一実施形態では、プロセッサ１０５Ａは、中央処理装置（ＣＰＵ）等の汎用プロセッサである。本実施形態では、プロセッサ１０５Ａは、システム１００の他のプロセッサの１つ以上と通信する、及び／又は、システム１００の他のプロセッサの１つ以上の動作を制御するためのドライバ１１０（例えば、グラフィックスドライバ）を実行する。実施形態に応じて、ドライバ１１０は、ハードウェア、ソフトウェア及び／又はファームウェアの任意の適切な組み合わせを使用して実装できることに留意されたい。一実施形態では、プロセッサ１０５Ｎは、高並列アーキテクチャを有するデータ並列プロセッサである。データ並列プロセッサには、グラフィックスプロセッシングユニット（ＧＰＵ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）等が含まれる。いくつかの実施形態では、プロセッサ１０５Ａ～１０５Ｎは、複数のデータ並列プロセッサを含む。一実施形態では、プロセッサ１０５Ｎは、ディスプレイ１５５に送り込まれるピクセルをディスプレイコントローラ１５０に提供するＧＰＵである。

メモリコントローラ（複数可）１３０は、プロセッサ１０５Ａ～１０５Ｎによってアクセス可能な任意の数及びタイプのメモリコントローラを表す。メモリコントローラ（複数可）１３０は、プロセッサ１０５Ａ～１０５Ｎとは別のものとして示されているが、これは、単に考えられる１つの実施形態を表しているにすぎないことを理解されたい。他の実施形態では、メモリコントローラ１３０は、プロセッサ１０５Ａ～１０５Ｎのうち１つ以上に組み込むことができる、及び／又は、メモリコントローラ１３０は、プロセッサ１０５Ａ～１０５Ｎのうち１つ以上と同じ半導体ダイに配置することができる。メモリコントローラ（複数可）１３０は、任意の数及びタイプのメモリデバイス（複数可）１４０に結合されている。メモリデバイス（複数可）１４０は、任意の数及びタイプのメモリデバイスを表す。例えば、メモリデバイス（複数可）１４０内のメモリのタイプとしては、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、ＮＡＮＤフラッシュメモリ、ＮＯＲフラッシュメモリ、強誘電体ランダムアクセスメモリ（ＦｅＲＡＭ）、又は、他のメモリが挙げられる。

Ｉ／Ｏインタフェース１２０は、任意の数及びタイプのＩ／Ｏインタフェース（例えば、ペリフェラルコンポーネントインターコネクト（ＰＣＩ）バス、ＰＣＩエクステンデッド（ＰＣＩ－Ｘ）、ＰＣＩＥ（ＰＣＩ Ｅｘｐｒｅｓｓ）バス、ギガビットイーサネット（登録商標）（ＧＢＥ）バス、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ））を表す。各種の周辺装置（図示省略）がＩ／Ｏインタフェース１２０に結合されている。そのような周辺装置は、ディスプレイ、キーボード、マウス、プリンタ、スキャナ、ジョイスティック又は他のタイプのゲームコントローラ、メディア記録デバイス、外部ストレージデバイス、ネットワークインタフェースカード等を含む（が、これらに限定されない）。ネットワークインタフェース１３５は、ネットワーク全体でネットワークメッセージを送受信することができる。

様々な実施形態において、コンピューティングシステム１００は、コンピュータ、ラップトップ、モバイルデバイス、ゲームコンソール、サーバ、ストリーミングデバイス、ウェアラブルデバイス、又は、他の様々なタイプの任意のコンピューティングシステム若しくはデバイスである。コンピューティングシステム１００のコンポーネントの数は、実装毎に異なることに留意されたい。例えば、他の実施形態では、図１に示す数よりも多い又は少ない各コンポーネントが存在する。他の実施形態では、コンピューティングシステム１００は、図１に示されていない他のコンポーネントを含むことにも留意されたい。さらに、他の実施形態では、コンピューティングシステム１００は、図１に示す以外の方法で構成される。

図２を参照すると、グラフィックをレンダリングするためのシステム２００の一実施形態のブロック図が示されている。一実施形態では、システム２００は、処理要素２０２、アプリケーション２０５、メモリ２２５等のコンポーネントを含む。処理要素２０２は、少なくともジオメトリシェーダー２１０と、ライトシェーダー２１５と、ピクセルシェーダー２２０と、任意の数の他のシェーダー（図示省略）と、を含む。処理要素２０２は、１つ以上のＣＰＵ、ＧＰＵ、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ、ＤＳＰ及び／又は他の処理リソースを含む。また、システム２００は、任意の数及びタイプの他のコンポーネントを含むことができ、他のコンポーネントは、実装毎に変わることに留意されたい。一実施形態では、アプリケーション２０５は、ビデオゲーム、映画又は他のアプリケーションのシーンを表すためにピクセルをレンダリングするためのグラフィックスアプリケーションである。一実施形態では、アプリケーション２０５は、メモリ２２５に格納され、処理要素２０２上で実行されるプログラム命令を含む。アプリケーション２０５は、汎用プロセッサ又は固定ハードウェア（例えば、ＦＰＧＡ若しくははＡＳＩＣ等）上で実行できる。同様に、ジオメトリシェーダー２１０、ライトシェーダー２１５及びピクセルシェーダー２２０は、ソフトウェア及び／又はハードウェアの任意の適切な組み合わせを使用して実装することができる。

様々な実施形態では、ジオメトリシェーダー２１０は、投影面に投影された所定のシーンのシーンジオメトリの深度値を生成する。ライトシェーダー２１５は、光源によって照らされるピクセルに照明効果を適用し、一方、ピクセルシェーダー２２０は、レンダリングされたオブジェクトの各ピクセルに適用される色及び追加の外観属性を生成する。代わりに、ジオメトリシェーダー２１０、ライトシェーダー２１５及びピクセルシェーダー２２０の機能を実装できる単一の統合シェーダーが使用できるであろう。

一実施形態では、アプリケーション２０５は、レンダリングされているシーン毎に、ジオメトリバッファ２３０から動作して、シーンのジオメトリを、深度情報を含むピクセルにレンダリングさせることによって開始する。ジオメトリレンダリングステップの出力は、ジオメトリバッファ２３０に格納される。次に、アプリケーション２０５は、シーンの光源のためにライトボリューム（light volumes）を生成させる。次に、各ライトボリュームについて、システム２００は、ジオメトリバッファ２３０の何れのピクセルが、ライトボリュームの前面の前（front of the front-side of the light volume）にあるのかを決定する。一実施形態では、システム２００は、ピクセルがライトボリュームの前面の前にあるのか、それともライトボリュームの前面の後ろにあるのかを示すために、各ピクセルの第１のパス廃棄インジケータ（first pass discard indicator）を維持する。システム２００は、各ライトボリュームについてピクセルあたりの別の第１のパス廃棄インジケータを維持することができるか、又は、システム２００は、シーンの全ての光源に対応するライトボリュームの全てについてピクセルあたりの単一の第１のパス廃棄インジケータを維持することができる。

一実施形態では、第１のパス廃棄インジケータ２３５は、メモリ２２５に格納される。別の実施形態では、第１のパス廃棄インジケータ２３５は、処理要素２０２の処理ユニット内のキャッシュに格納される。一実施形態では、システム２００は、各プリミティブのピクセルの深度をライトボリュームの前面の深度と比較するために深度バッファ２４０を使用する。別の実施形態では、システム２００は、プリミティブの何れのピクセルがライトボリュームの前面の前にあるのかを記録するためにステンシルバッファ（stencil buffer）２４５を使用する。他の実施形態では、システム２００は、プリミティブの何れのピクセルがライトボリュームの前面の前にあるのかを決定及び／又は記録するために他の技術を使用する。

一実施形態では、第１のパスの後に、システム２００は、ライトボリュームの前面の後ろにあると決定されたそれらのピクセルに対してのみ第２のパスを開始する。第２のパスは、ライトボリュームの前面の前にあると決定されたピクセルに対しては実行されない。これは、第２のパス中に実行される作業の量を減らすのに役立つ。一実施形態では、複数の光源があり、光源をグループとして扱うことが所望される場合、次に、システム２００は、１つのライトボリュームの少なくとも１つの前面の後ろにあるピクセルに対して第２のパスを開始する。言い換えれば、本実施形態では、システム２００は、シーンの光源の全てに対応するライトボリュームの全ての前面の前にあるピクセルを廃棄する。代わりに、各光源は、独立して且つ連続して扱うことができる。第２のパスは、何れのピクセルがライトボリューム（複数可）の中にあるのかを決定し、ライトボリューム（複数可）の中のピクセルに照明効果を適用し、シーンのピクセルに陰影を付けるためにライトシェーダー２１５及びピクセルシェーダー２２０上で開始される。第２のパスの間、ライトボリューム（複数可）の背面の後ろにあるピクセルは、ライトシェーダー２１５が照明効果を適用する前に廃棄される。全てのピクセルに陰影が付けられ、ライトボリューム（複数可）の中のピクセルが照らされると、ピクセルがフレームバッファ２５０に書き込まれる。フレームバッファ２５０のピクセルは、次に、ディスプレイ（例えば、図１のディスプレイ１５５）に送り込むことができる。

図３を参照すると、アプリケーションによってレンダリングされているシーン３００の一例の図が示されている。一実施形態では、シーン３００は、（図２の）システム２００のアプリケーション２０５によってレンダリングされている。一実施形態では、アプリケーションがカメラ３０２の視点からシーン３００をレンダリングする場合、アプリケーションは、ジオメトリを投影面３０５に投影し、アプリケーションは、隠れたジオメトリを非表示にするためにカリングを使用する。これは、透視投影を使用してシーンの三次元（３Ｄ）レンダリングを実行するための一般的な技術である。例えば、正射影等の他の投影のタイプもサポートされている。投影面３０５が図３では一次元の線として示されているが、投影面３０５はピクセルの二次元グリッドを表していることを理解されたい。

一実施形態では、シーンジオメトリ３１０がレンダリングされ、次に、出力がジオメトリバッファ（例えば、図２のジオメトリバッファ２３０）に格納される。シーン３００に示すように、シーンジオメトリ３１０は、図の中央に地面及び家型構造を含む。シーン３００は、所定のアプリケーションによってレンダリングできるであろうシーンの一例としての役割を果たすことが意図されることを理解されたい。他の実施形態では、より多くのオブジェクト及びより多くの複雑さを有する他のシーンをレンダリングすることができる。

図４を参照すると、アプリケーションによってレンダリングされているシーン４００の一例の図が示されている。図４の説明は、図３の説明の続きであることを意図していることに留意されたい。図４に示すシーン４００は、図３のシーン３００のシーンジオメトリ３１０と同等であるシーンジオメトリを含む。シーン４００のシーンジオメトリは、実際のシーンジオメトリの実線の上方の破線部分４４５，４５０，４５５によって強調表示されている。しかしながら、シーン３００及びシーン４００の１つの違いは、シーンジオメトリの一部を照らす光源（つまり、スポットライト４０４）が、シーン４００に追加されていることである。

光源が所定のシーンに存在する場合には常に、アプリケーションは、光源に対応する照明効果の適用を試行できるであろう。照明効果を適用する前に、アプリケーションは、通常、光源４０４を無視しながら、シーン４００のジオメトリをレンダリングする。ジオメトリのこのレンダリングの結果は、ジオメトリバッファ（例えば、図２のジオメトリバッファ２３０）に格納される。ジオメトリバッファでピクセル値を生成した後、アプリケーションは、ピクセル値に照明効果を適用する。照明効果を適用するために、アプリケーションは、光源によって照らされているピクセルを識別する。これらのピクセルを識別するために、アプリケーションは、シーンをレンダリングする場合に、何れのピクセルが光源によって照らされる必要があるのかを決定する際の第１のステップとしてライトボリュームを生成する。

図４のシーン４００に示す例では、アプリケーションは、光源４０４のためにライトボリューム４０８を生成する。一実施形態では、ライトボリューム４０８を生成した後に、アプリケーションは、ライトボリューム４０８の内側にあるシーンジオメトリのピクセルの全ての識別を試行する。ライトボリューム４０８は、図４では円錐として示されているが、これは、単にライトボリュームを表現するために使用することができる１つのタイプの形状にすぎないことを理解されたい。別の実施形態では、ライトボリュームを表現するために球体が生成される。他の実施形態では、所定の光源のライトボリュームを表現するために他の形状を生成することができる。

図４に示す実施形態では、ライトボリューム４０８は、３つの面４２５，４３０，４３５を有する。面４２５の法線は投影面４１０を指すので、面４２５はライトボリューム４０８の前面である。これは、面４２５の中から描かれる矢印によって示される。面４２５は「前向きプリミティブ」とも呼ばれることに留意されたい。ライトボリューム４０８は、この例では単一の前面４２５を有するが、他の実施形態では、ライトボリュームが複数の前面（つまり、前向きプリミティブ）を有することができることを理解されたい。面４３０，４３５の法線は、面４３０及び４３５の中から出ると示される矢印によって示されるように、投影面４１０から離れる方向を指すため、面４３０，４３５はライトボリューム４０８の背面である。また、面４３０，４３５は、「後向きプリミティブ」と呼ばれる場合がある。他の実施形態では、ライトボリュームは、他の数の背面面（つまり、後向きプリミティブ）を有することができる。

シーンジオメトリの何れのピクセルが、光源４０４によって潜在的に照らされるのかを決定するための従来の実装は、ライトボリューム４０８の背面をレンダリングするであろう。ライトボリューム４０８の背面をレンダリングした後、アプリケーションは、光によって潜在的に影響を受けるピクセルの全てを識別するために背面を投影面４１０に投影する。面４３０，４３５の前にあるそれらのセクションのみが、ライトシェーダー及び／又はピクセルシェーダーに渡されるであろう。この例では、セクション４４５，４５０が面４３０，４３５の前にあるため、これらはライトシェーダー及び／又はピクセルシェーダーに渡されるであろう。セクション４５５が面４３５の後ろにあるため、この例では、セクション４５５がカリングされるであろう。一実施形態では、シーンジオメトリのセクションがライトボリュームの前にあるのか、それとも後ろにあるのかを決定するために、深度バッファ（又は、Ｚバッファ）テストが実行される。上記のアプローチの欠点は、セクション４４５のピクセルがライトシェーダー及び／又はピクセルシェーダーに送られ、不必要な作業を実行させることになることである。この結果、比較的多数のピクセルがピクセルシェーダーに送られ、これらのピクセルの多くは、照明パスを通して実行されないままで終わることになる。このアプローチの場合、ピクセルシェーダーは、実際に必要とされるピクセルを照明する前に、必要とされていないピクセルを廃棄するために多くの余分な作業を実行することになる。ピクセルシェーダーのこの非効率的な使用に対処する改善された技術は、図５についての説明で説明される。

図５を参照すると、レンダリングされているシーン５００の一実施形態が示されている。図５の説明が、図４の説明の続きであることに留意されたい。したがって、シーン５００は、（図４の）シーン４００を表すことを意図しているが、シーン５００の追加の要素は、様々なライトボリュームレンダリング技術を示す目的でシーン４００と比較して名前が付けられている。シーン５００の様々な部分について示されている線種は、凡例５４０によって定義されている。一実施形態では、従来のアプローチに関連するオーバヘッドを削減するための技術が使用されている。本実施形態では、ライトボリューム５０８の背面を単にレンダリングする代わりに、ライトボリューム５０８の前面に対して第１のパスが実行され、次に、ライトボリューム５０８の背面に対して第２のパスが実行される。タイルベースのアプリケーションの場合、シーンのあらゆるタイルに２つのパスが実行される。本明細書で使用される場合、「タイル」は、レンダリングされるフレームのピクセルのブロックとして定義される。ブロックは、任意のサイズ（例えば、８ｘ８ピクセル、１６ｘ１６ピクセル）であってもよく、サイズは、実装に従って変化する。

第１のパスで、ライトボリューム５０８の前面がレンダリングされる。ライトボリューム５０８の前面をレンダリングする場合、深度バッファ及びカラーバッファがライトボリューム５０８によって変更されないように、深度バッファ書き込み及びカラーバッファ書き込みが無効にされる。第１のパスの間、ライトボリューム５０８の前面は、投影面５１０に投影される。シーンジオメトリ５０６の対応する部分が投影面５１０に投影される場合、深度バッファテストは、ライトボリューム５０８の左側にある地面が実際にはライトボリューム５０８の前面のそのセクションを隠していることを示す。これは、シーンジオメトリ５０６のこの最も左側の部分がライトボリューム５０８の前にあることを意味する。したがって、投影面５１０のセクション５２０に対応するシーンジオメトリ５０６のピクセルは、それらが全てライトボリューム５０８の前面の前にあるので廃棄される。一実施形態では、ライトボリューム５０８の前面の部分がシーンジオメトリ５０６によって隠されている場合には常に、情報が記録される。一実施形態では、ライトボリューム５０８の前面の任意の部分がいつ非表示となるのかを決定することは、深度バッファ（例えば、図２の深度バッファ２４０）で深度テスト（又はＺテスト）を実行することによって達成される。実装に応じて、深度テストは、より大きい、以上、未満又は以下等のように、任意の適切な比較を使用できる。アプリケーションが、シーンジオメトリの何れのセクションがライトボリューム５０８の前面の前にあるのかを記録すると、ライトボリューム５０８の背面をレンダリングすることによって第２のパスが実行される。ライトボリューム５０８の前面の前にあるシーンジオメトリ５０６のピクセルに対して第２のパスが実行されないことに留意されたい。これは、第２のパス中に実行される作業の量を減らすのに役立つ。

第２のパスの間、深度テスト又はステンシルテストは、投影面５１０のセクション５３０に対応するシーンジオメトリ５０６のピクセルを廃棄するために実行される。シーンジオメトリ５０６のこれらのピクセルは、これらのピクセルがライトボリューム５０８の背面の後ろにあるので廃棄される。投影面５１０のセクション５２５に対応するシーンジオメトリ５０６のピクセルは、これらのピクセルがライトボリューム５０８の範囲に入り、照らされる（つまり、ライトシェーダーを通して実行される）必要があるので、第２のパスを生き残る。したがって、投影面５１０のセクション５２５に対応するジオメトリバッファピクセルのみが、ライトシェーダーによって処理され、処理リソースのより効率的な使用につながる。

図６を参照すると、レンダリングされているシーンに関連する図が示されている。図６の説明が図５の説明の続きであることに留意されたい。したがって、図６０５，６１０，６１５，６２０，６２５は、図５のシーン５００に関連するレンダリングプロセス内の異なるステップを表すことを意図している。図６０５は、シーンに投影されたライトボリュームの粗い表示である。図６０５の暗い部分は、シーンジオメトリから任意のピクセルを削除する前に、ライトボリュームによって潜在的に影響を受けるシーンの部分を反映している。図６１０の暗い部分は、シーンに投影されたライトボリュームを表しているが、ライトボリュームの背面の後ろにあるために廃棄されたセクションのピクセルが省略されている。図６１５は、投影面に投影された場合にライトボリュームの範囲に入るそれらのピクセルのみを表す。図６２０は、シーンのシーンジオメトリに投影されているライトボリュームの視覚化である。図６２５は、シーンの光源の全てによって照らされたピクセルの全ての表示である。図６０５，６１０，６１５の視覚化は、ライトボリュームからピクセルを削除して、ジオメトリバッファのそれらのピクセルのみが照らされる必要のある投影面に投影されることになるために実行される作業量を示している。

図７を参照すると、コンピューティングシステム７００の一実施形態のブロック図が示されている。一実施形態では、コンピューティングシステム７００は、少なくともジオメトリバッファ７０５と、制御ユニット７１０と、第１のパス廃棄インジケータ７１５と、第２のパス廃棄インジケータ７１７と、シェーダーェーダパイプライン７２０と、を含む。コンピューティングシステム７００は、図を曖昧にすることを避けるために示されていない任意の数の他のコンポーネント（例えば、メモリデバイス、フレームバッファ、ディスプレイ）を含むことができる。一実施形態では、制御ユニット７１０は、ジオメトリバッファ７０５のピクセルを第１のパスでシェーダーパイプライン７２０によって処理させる。第１のパスの間に、ライトボリュームの前向きの側面の前にあるピクセルが識別され、この情報は、第１のパスの廃棄インジケータ７１５に記録される。制御ユニット７１０は、ソフトウェア及び／又はハードウェアの任意の適切な組み合わせを使用して実装されてもよい。制御ユニット７１０は、制御論理７１０とも呼ばれる場合があることに留意されたい。

第１のパスの後、第１のパス廃棄インジケータ７１５が第１の値（例えば、１）に設定されたピクセルが、廃棄される。次に、第２のパス廃棄インジケータ７１７を設定するために制御ユニット７１０によって第２のパスが実行される。両方のパスを生き残ったピクセルのみが、照明のためにシェーダーパイプライン７１０に送られる。シェーダーパイプライン７２０は、１～Ｎの任意の数のシェーダーユニット７２５Ａ～７２５Ｎを含み、Ｎは、１より大きい正の整数である。シェーダーユニット７２５Ａ～７２５Ｎがシェーダーステージ７２５Ａ～７２５Ｎとも呼ばれる場合があることに留意されたい。シェーダーユニット７２５Ａ～７２５Ｎは、例えば頂点シェーダー、ライトシェーダー、ピクセルシェーダー、ジオメトリシェーダー、フラグメントシェーダー、計算シェーダー等の任意の数及びタイプのシェーダーを含むことができる。一実施形態では、第２のパスの出力は、シーンを表す複数のピクセルを含む。第２のパスの出力は、さらなる処理を受ける場合、格納される場合、及び／又は、ディスプレイに送り込まれる場合がある。

図８を参照すると、ライトボリュームレンダリングを実行するための方法８００の一実施形態が示されている。説明のために、この実施形態のステップ及び図９のステップは、順番に示されている。しかしながら、説明する方法の様々な実施形態では、説明する要素の１つ以上は、同時に実行されてもよいし、図示した順序とは異なる順序で実行されてもよいし、完全に省略されてもよいことに留意されたい。他の追加の要素も必要に応じて実行される。本明細書で説明する様々なシステム又は装置の何れも、方法８００を実施するように構成される。

プロセッサ上で実行するアプリケーションは、所定のシーンのジオメトリをレンダリングしてジオメトリバッファの複数のピクセルを生成し、ジオメトリをレンダリングする間、所定のシーンのあらゆる光源が無視される（ブロック８０５）。次に、プロセッサは、ジオメトリバッファの複数のピクセルに対して第１のパスを実行して、ライトボリュームが光源に基づいて生成される、ライトボリュームの前面の前にあるピクセルの第１の部分を識別する（ブロック８１０）。

ジオメトリバッファの複数のピクセルの各ピクセルについて、ピクセルがライトボリュームの前面の前にある場合（条件ブロック８１５：「ｙｅｓ」）、対応する第１のパス廃棄インジケータが第１の値に設定される（ブロック８２０）。ピクセルが、ライトボリュームの前面の後ろにある場合（条件ブロック８１５：「ｎｏ」）、対応する第１のパス廃棄インジケータが第２の値に設定される（ブロック８２５）。次に、プロセッサは、第１の値に設定された対応する第１のパス廃棄インジケータを有するピクセルを廃棄する（ブロック８３０）。

次に、プロセッサは、第２の値に設定された対応する第１のパス廃棄インジケータを有するそれらのピクセルに対してのみ第２のパスを開始する（ブロック８３５）。一実施形態では、プロセッサは、所定のシーンの投影面に対応する複数のタイルの各タイルに対して、タイル毎に第２のパスを実行する。第２のパスの間、各ピクセルについて、ピクセルがライトボリュームの背面の後ろにある場合（条件ブロック８４０：「ｙｅｓ」）、プロセッサは、ピクセルに照明効果を適用しない（ブロック８４５）。ピクセルがライトボリュームの背面の前にある場合（条件ブロック８４０：「ｎｏ」）、プロセッサは、ピクセルに照明効果を適用する（ブロック８５０）。ブロック８４５，８５０の後に、方法８００は終了する。第２のパスが後に続く第１のパスを実行することによって、第２のパスを通して送られるピクセルがより少なくなり、これにより、照明効果を適用するためにピクセルを処理するオーバヘッドが削減する。

図９を参照すると、ライトボリュームレンダリングを実行するための方法９００の一実施形態が示されている。プロセッサは、光源を無視しつつ所定のシーンのジオメトリをレンダリングして、ジオメトリバッファの複数のピクセルを生成する（ブロック９０５）。この説明のために、所定のシーンが単一の光源を有すると仮定される。これは、１つの特定の実施形態を表すことを理解されたい。他の実施形態では、シーンは、複数の光源を含むことができる。次に、プロセッサは、光源に基づいてライトボリュームを生成する（ブロック９１０）。次に、プロセッサは、ジオメトリバッファの複数のピクセルに対して第１のパスを実行して、ライトボリュームの前面の前にあるピクセルの第１の部分を識別する（ブロック９１５）。

次に、プロセッサは、第１のライトボリュームの前面の後ろにあるジオメトリバッファのピクセルの第２の部分に対してのみ第２のパスを実行する（ブロック９２０）。第２のパスの結果、ライトボリュームの背面の前にあるピクセルの第３のサブセットが識別される。ピクセルの第１の部分及びピクセルの第２の部分は、ピクセルの重複していない部分であることに留意されたい。また、ジオメトリバッファの複数のピクセルが、ピクセルの第１の部分及びピクセルの第２の部分から構成されることにも留意されたい。言い換えれば、ピクセルの第１の部分及びピクセルの第２の部分は、ジオメトリバッファの複数のピクセルの全体を作り上げる。次に、プロセッサは、第２のパスの結果として、ジオメトリバッファからのピクセルに陰影を付けて所定のシーンを表す（ブロック９２５）。次に、プロセッサは、ピクセルの第３の部分がライトボリュームの中にあるピクセルの第３の部分に、光源に対応する照明効果を適用する（ブロック９３０）。次に、プロセッサは、ジオメトリバッファのピクセルの陰影を付けられたバージョンをディスプレイに送り込ませて所定のシーンを表す（ブロック９３５）。ブロック９３５の後に、方法９００は終了する。

図１０を参照すると、ライトボリュームの前面を投影面に投影するための方法１０００の一実施形態が示されている。装置（例えば、プロセッサ、制御論理）は、ライトボリュームの前面を投影面（例えば、図５の投影面５１０）に投影する（ブロック１００５）。画面の各タイルについて、装置は、ジオメトリバッファ（例えば、図７のジオメトリバッファ７０５）の複数のピクセルを投影面に投影する（ブロック１０１０）。投影面に投影されるジオメトリバッファの各ピクセルについて、装置は、ピクセルが、投影面に投影されたライトボリュームの前面の前にあるかどうかを判断する（ブロック１０１５）。

ピクセルがライトボリュームの前面の前にある場合（条件付きブロック１０２０：「ｙｅｓ」）、装置は、ピクセルを廃棄する（ブロック１０２５）。そうではなく、ピクセルがライトボリュームの前面の前にない場合（条件ブロック１０２０：「ｎｏ」）、装置は、ピクセルシェーダーにピクセルを送る（ブロック１０３０）。ピクセルシェーダーは、ピクセルがライトボリュームの範囲に入るかどうかを判断するためにピクセルを処理することができ、その場合、ライトシェーダーは、対応する光源によって生じる照明効果を表すためにピクセルの色を変更する。ブロック１０２５，１０３０の後に、方法１０００は終了する。

様々な実施形態では、ソフトウェアアプリケーションのプログラム命令は、本明細書で説明する方法及び／又はメカニズムを実施するために使用される。例えば、汎用又は専用プロセッサによって実行可能なプログラム命令が企図される。様々な実施形態において、そのようなプログラム命令は、高水準のプログラミング言語によって表現される。他の実施形態では、プログラム命令は、高レベルプログラミング言語からバイナリ形式、中間形式又は他の形式にコンパイルされる。或いは、プログラム命令は、ハードウェアの動作又は設計を記述するように書かれる。このようなプログラム命令は、Ｃ等の高水準のプログラミング言語によって表現される。或いは、Ｖｅｒｉｌｏｇ等のハードウェア設計言語（ＨＤＬ）が使用される。様々な実施形態では、プログラム命令は、様々な非一時的なコンピュータ可読記憶媒体のうち何れかに記憶される。記憶媒体は、プログラム実行のためにプログラム命令をコンピューティングシステムに提供するために、使用中にコンピューティングシステムによってアクセス可能である。一般的に、そのようなコンピューティングシステムは、少なくとも１つ以上のメモリと、プログラム命令を実行するように構成された１つ以上のプロセッサと、を含む。

上述した実施形態が、実施形態の非限定的な例に過ぎないことを強調しておきたい。上記の開示が十分に理解されれば、多くの変形及び修正が当業者に明らかになるであろう。以下の特許請求の範囲は、全てのそのような変形及び修正を包含するように解釈されることが意図される。

Claims (20)

1. 装置であって、
   １つ以上のシェーダーを含むシェーダーパイプラインと、
   前記シェーダーパイプラインに結合された制御論理と、を備え、
   前記制御論理は、
   第１のパスにおいて、
   複数のピクセル内で第１のボリュームの前面の前にあるピクセルの第１の部分を識別することと、
   前記ピクセルの第１の部分を廃棄することと、
   第２のパスにおいて、
   前記複数のピクセル内で、前記ピクセルの第１の部分を考慮することなく、前記第１のボリュームの前記前面の後ろにあるピクセルの第２の部分を識別することと、
   前記ピクセルの第２の部分を廃棄することと、
   前記ピクセルの第１の部分及び前記ピクセルの第２の部分を除く、前記第１のボリューム内の前記ピクセルのサブセットに陰影効果を適用することと、
   前記ピクセルのサブセットの陰影が付されたバージョンをディスプレイに送ることと、
   を行うように構成されている、
   装置。
2. 前記複数のピクセルは、レンダリングされるシーンのジオメトリバッファに対応し、前記第１のボリュームは、前記シーンの第１の光源に基づいて生成され、照明効果は、前記ピクセルのサブセットに適用され、前記照明効果は、前記第１の光源に対応する、
   請求項１の装置。
3. 前記制御論理は、
   前記第１のボリュームの前記前面の前にある前記ジオメトリバッファの各ピクセルに第１の値に等しい第１のパス廃棄インジケータを設定することと、
   前記ピクセルの第２の部分のうち何れのピクセルのサブセットが前記第１のボリューム内にあるかを決定する前に、前記第１の値に等しく設定された対応する第１のパスインジケータを有するピクセルを廃棄することと、
   を行うようにさらに構成されている、
   請求項２の装置。
4. 前記第１のボリュームの前記前面の前にある前記ピクセルの第１の部分は、前記ジオメトリバッファの前記複数のピクセルの深度バッファ値を、投影面に投影された前記第１のボリュームの前記前面の深度バッファ値と比較することによって識別される、
   請求項３の装置。
5. 前記ジオメトリバッファの前記複数のピクセルは、前記シーンのためにジオメトリをレンダリングすることによって生成され、前記シェーダーパイプラインは、ピクセルシェーダーを含む、
   請求項３の装置。
6. 前記ピクセルの第１の部分は、前記第１のボリュームの前記前面と第２のボリュームの前面との両方の前にあり、前記第２のボリュームは、第２の光源に基づいて生成される、
   請求項３の装置。
7. 前記ジオメトリバッファの前記複数のピクセルは、前記ピクセルの第１の部分及び前記ピクセルの第２の部分から構成されており、前記ピクセルの第１の部分及び前記ピクセルの第２の部分は、ピクセルの重複しない部分である、
   請求項３の装置。
8. システムであって、
   メモリに結合されたプロセッサを備え、
   前記プロセッサは、
   シーンに対応するジオメトリバッファの複数のピクセルのうち、第１の光源に基づいて生成される第１のライトボリュームの前面の前にあるピクセルの第１の部分を識別することと、
   何れのピクセルが前記第１のライトボリュームの背面の前にあるかを決定する前に、前記ピクセルの第１の部分を廃棄することと、
   前記ジオメトリバッファの前記複数のピクセルのうち、前記第１のライトボリュームの前記前面の後ろにあるピクセルの第２の部分を識別することと、
   前記ピクセルの第２の部分のうち、前記第１のライトボリュームの背面の前にあるピクセルの第３の部分を識別することと、
   前記第１のライトボリューム内にある前記ピクセルの第３の部分に照明効果を適用することと、
   前記複数のピクセルに陰影を付けて、前記シーンを表すためにディスプレイに送られる、陰影が付されたピクセルを生成することと、
   を行うように構成されている、
   システム。
9. 前記照明効果は、前記シーンの第１の光源に対応する、
   請求項８のシステム。
10. 前記プロセッサは、
    前記第１のライトボリュームの前記前面の前にある前記ジオメトリバッファの各ピクセルに第１の値に等しい第１のパス廃棄インジケータを設定することを行うようにさらに構成されている、
    請求項８のシステム。
11. 前記第１のライトボリュームの前記前面の前にある前記ピクセルの第１の部分は、前記ジオメトリバッファの前記複数のピクセルの深度バッファ値を、投影面に投影された前記第１のライトボリュームの前記前面の深度バッファ値と比較することによって識別される、
    請求項８のシステム。
12. 前記ジオメトリバッファの前記複数のピクセルは、前記シーンのためにジオメトリをレンダリングすることによって生成される、
    請求項８のシステム。
13. 前記プロセッサは、前記第１のライトボリュームの前記前面と第２のライトボリュームの前面との両方の前にある前記ピクセルの第１の部分を識別するようにさらに構成されており、前記第２のライトボリュームは、第２の光源に基づいて生成される、
    請求項８のシステム。
14. 前記ジオメトリバッファの前記複数のピクセルは、前記ピクセルの第１の部分及び前記ピクセルの第２の部分から構成されている、
    請求項８のシステム。
15. 方法であって、
    制御論理が、ジオメトリバッファの複数のピクセルに対してシェーダーパイプラインを通る第１のパスを実行して、第１のライトボリュームの前面の前にあるピクセルの第１の部分を識別することであって、前記第１のライトボリュームは、第１の光源に基づいて生成される、ことと、
    前記第１のライトボリュームの前記前面の後ろにあるピクセルの第２の部分のみに対して、前記シェーダーパイプラインを通る第２のパスを実行することと、
    前記ピクセルの第３の部分に照明効果を適用することであって、前記ピクセルの第３の部分は、前記第１のライトボリューム内にある、ことと、
    前記複数のピクセルのピクセルに陰影を付けて、ディスプレイに送られる、陰影が付されたピクセルを生成することと、を含む、
    方法。
16. 前記ジオメトリバッファの前記複数のピクセルは、レンダリングされるシーンに対応し、前記照明効果は、前記シーンの第１の光源に対応する、
    請求項１５の方法。
17. 前記第１のライトボリュームの前記前面の前にある前記ジオメトリバッファの各ピクセルに第１の値に等しい第１のパス廃棄インジケータを設定することと、
    前記第２のパスを実行する前に、前記第１の値に等しく設定された対応する第１のパスインジケータを有するピクセルを廃棄することと、をさらに含む、
    請求項１５の方法。
18. 前記第１のライトボリュームの前記前面の前にある前記ピクセルの第１の部分は、前記ジオメトリバッファの前記複数のピクセルの深度バッファ値を、投影面に投影された前記第１のライトボリュームの前記前面の深度バッファ値と比較することによって識別される、
    請求項１５の方法。
19. 前記ジオメトリバッファの前記複数のピクセルは、前記シーンのためにジオメトリをレンダリングすることによって生成される、
    請求項１６の方法。
20. 前記第１のライトボリュームの前記前面と第２のライトボリュームの前面との両方の前にある前記ピクセルの第１の部分を識別することをさらに含み、前記第２のライトボリュームは、第２の光源に基づいて生成される、
    請求項１５の方法。

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