在OpenGL中如何更好地控制曲面细分？

Question

在OpenGL中如何更好地控制曲面细分？

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我今天在制作一个OpenGL应用程序，它将对网格进行镶嵌并应用镜头畸变。目标是能够为各种不同的镜头展现广角拍摄。到目前为止，我的着色器已经正确地应用了畸变，但我一直在处理我想要的方式来控制镶嵌的问题。目前，我的镶嵌控制着色器只是将单个三角形分成一组更小的三角形，然后在镶嵌评估着色器中应用镜头畸变。

我使用这种方法的问题在于，当场景中有非常大的三角形时，它们往往需要更多的扭曲。这意味着它们需要被更多地镶嵌以确保好的效果。不幸的是，我不能在顶点着色器或镶嵌控制着色器中计算三角形的大小（在屏幕空间中），但我需要在镶嵌控制着色器中定义镶嵌量。

那么，我的问题是，在OpenGL可编程管道中有没有办法获得整个基元，并计算一些指标，然后使用该信息来控制镶嵌？

以下是一些示例图像以便更好地理解此问题...

图1（上图）：每个红色或绿色正方形最初都是2个三角形，此示例看起来很好，因为三角形很小。

图2（上图）：每个红色或绿色区域最初都是2个三角形，此示例看起来很糟糕，因为三角形很大。

图3（上图）：另一个具有小三角形但网格要大得多的示例。请注意边缘上的曲线程度。仍然在镶嵌级别为4时看起来很好。

图4（上图）：另一个具有大三角形的示例，仅显示中心4列，因为如果存在更多列，则图像就不可理解了。这说明非常大的三角形无法很好地进行镶嵌。如果我将镶嵌设置得非常高，则会出现不错的效果。但是这样会在更小的三角形上执行大量的镶嵌。

- jodag

你是否考虑过在剪裁空间中简单地使用 z 坐标？通常情况下，距离更远的补丁需要更少的细分，而更接近的补丁需要更多的细分。这通常是为了提高性能（避免在远程补丁上出现亚像素三角形），但它也有益于图像质量。 - Andon M. Coleman

@Andon 感谢您的建议，但我不确定它如何解决长三角形的问题，因为扭曲只是剪辑空间中 x 和 y 的函数。 - jodag

哦，我想我误解了我看到的东西。是的，在这种情况下，那样做不会特别有帮助。但是，如果您为每个补丁添加一些包围信息（例如，中心和包围它的球体的半径），则可以在NDC空间中计算补丁的覆盖面积。尽管如此，我认为您的思路完全错误了。因为在细分之前，您永远无法知道三角形的大小，因为它们还不存在；您只有一个控制点的抽象集合。您可以在TCS中获得整个基元，但它将是一个补丁基元。 - Andon M. Coleman

@Andon 当然可以！！！这是我第一次使用镶嵌着色器，我没有意识到您在TCS中有整个补丁可用。明确一下，我目前正在使用单个三角形作为补丁，我没有意识到我可以从TCS内部访问所有三个坐标。有了这个，我至少能够解决长三角形的细分问题。如果您将其作为答案，我将标记它为已回答。 - jodag

太棒了，谢谢 Andon :) - jodag

1个回答

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可以查看英文原文，
原文链接

- Andon M. Coleman · Accepted Answer

在Tessellation Control Shader（TCS）中，您可以读取输入补丁原语中的每个顶点。虽然这在理论上听起来很好，但如果您试图计算补丁的最大边长，那么这实际上意味着在每个TCS调用中迭代补丁中的每个顶点，并且这不是特别高效的方式。

相反，更实际的方法可能是预先计算对象空间中补丁的中心，并确定紧密包围补丁的球体的半径。将此绑定信息作为每个顶点的额外 vec4 属性存储，如下所示打包。

以下是一个计算NDC空间中补丁最长长度的TCS的伪代码。

#version 420

uniform mat4 model_view_proj;

in vec4 bounding_sphere []; // xyz = center (object-space), w = radius

void main (void)
{
  vec4  center = vec4 (bounding_sphere [0].xyz, 1.0f);
  float radius =       bounding_sphere [0].w;

  // Transform object-space X extremes into clip-space
  vec4 min_0 = model_view_proj * (center - vec4 (radius, 0.0f, 0.0f, 0.0f));
  vec4 max_0 = model_view_proj * (center + vec4 (radius, 0.0f, 0.0f, 0.0f));

  // Transform object-space Y extremes into clip-space
  vec4 min_1 = model_view_proj * (center - vec4 (0.0f, radius, 0.0f, 0.0f));
  vec4 max_1 = model_view_proj * (center + vec4 (0.0f, radius, 0.0f, 0.0f));

  // Transform object-space Z extremes into clip-space
  vec4 min_2 = model_view_proj * (center - vec4 (0.0f, 0.0f, radius, 0.0f));
  vec4 max_2 = model_view_proj * (center + vec4 (0.0f, 0.0f, radius, 0.0f));

  // Transform from clip-space to NDC
  min_0 /= min_0.w; max_0 /= max_0.w;
  min_1 /= min_1.w; max_1 /= max_1.w;
  min_2 /= min_2.w; max_2 /= max_2.w;

  // Calculate the distance (ignore depth) covered by all three pairs of extremes
  float dist_0 = distance (min_0.xy, max_0.xy);
  float dist_1 = distance (min_1.xy, max_1.xy);
  float dist_2 = distance (min_2.xy, max_2.xy);

  // A max_dist >= 2.0 indicates the patch spans the entire screen in one direction
  float max_dist = max (dist_0, max (dist_1, dist_2));

  // ...
}

如果你通过这个TCS运行第四个图表，应该会得到一个非常接近2.0的max_dist值，这意味着你需要尽可能多的细分。同时，在第三个图表中，球体周边的许多补丁将接近于0.0；它们不需要太多的细分。 这并没有正确处理部分补丁超出屏幕的情况。你需要将NDC的极限锁定在[-1.0,1.0]以正确处理这些情况。但这似乎比值得麻烦。