คุณจะสร้างสมดุลระหว่างรายละเอียดและความเรียบง่ายได้อย่างไรเมื่อสร้าง LOD สำหรับฉากที่ซับซ้อน

ระดับการทำความเข้าใจรายละเอียด (LOD)

LOD เป็นเทคนิคที่ปรับความซับซ้อนของรุ่น 3 มิติขึ้นอยู่กับปัจจัยต่าง ๆ เช่นระยะทางกล้องหรือความสำคัญของวัตถุในฉาก เป้าหมายคือการลดภาระการคำนวณโดยใช้รุ่นที่เรียบง่ายเมื่อไม่จำเป็นรายละเอียดทั้งหมดเช่นเมื่อวัตถุอยู่ไกลจากผู้ชมหรือมีวิกฤตน้อยกว่า สิ่งนี้ช่วยให้การเรนเดอร์ที่ราบรื่นขึ้นและประสิทธิภาพที่ดีขึ้นโดยไม่ลดคุณภาพการมองเห็นอย่างมาก

มีสองวิธีหลักในการ LOD: LOD แบบไม่ต่อเนื่อง (DLOD) และ LOD ต่อเนื่อง (Clod) Discrete LOD ใช้โมเดลเดียวกันหลายรุ่นแต่ละรุ่นมีระดับความซับซ้อนที่แตกต่างกันและสวิตช์ระหว่างพวกเขาขึ้นอยู่กับระยะการดู อย่างต่อเนื่อง LOD ปรับความซับซ้อนของแบบจำลองได้ทันทีโดยให้การเปลี่ยนแปลงที่ราบรื่นขึ้นและการเพิ่มประสิทธิภาพที่ปรับแต่งได้ดีขึ้น ทั้งสองวิธีมีจุดมุ่งหมายเพื่อรักษาตัวชี้นำที่จำเป็นในขณะที่ลดจำนวนรูปหลายเหลี่ยมและรายละเอียดพื้นผิวให้น้อยที่สุด

หลักการสำคัญสำหรับการปรับสมดุลรายละเอียดและความเรียบง่าย

การปรับสมดุลรายละเอียดและความเรียบง่ายหมายถึงการค้นหาการแลกเปลี่ยนที่ฉากนั้นดูน่าเชื่อถือทางสายตาโดยไม่ต้องใช้ความสามารถด้านฮาร์ดแวร์ หลักการสำคัญบางประการ ได้แก่ :

- จัดลำดับความสำคัญความสำคัญของภาพ: วัตถุที่อยู่ใกล้กับผู้ชมหรือผู้ที่มีบทบาทสำคัญในฉาก (เช่นตัวละครหลักหรืออุปกรณ์ประกอบฉากเบื้องหน้า) ควรรักษารายละเอียดที่สูงขึ้น วัตถุที่สำคัญน้อยกว่าโดยเฉพาะอย่างยิ่งวัตถุที่อยู่เบื้องหลังสามารถทำให้ง่ายขึ้นอย่างจริงจังมากขึ้น
- การทำให้เข้าใจง่ายตามระยะทาง: เมื่อกล้องเคลื่อนตัวออกจากวัตถุเวอร์ชัน LOD ของมันควรจะง่ายขึ้นอย่างต่อเนื่อง หลักการนี้จะช่วยลดการคำนวณที่ไม่จำเป็นสำหรับวัตถุที่อยู่ห่างไกลซึ่งมีส่วนช่วยให้ข้อมูลภาพน้อย
- การรักษาภาพเงาและคุณสมบัติที่สำคัญ: การทำให้เข้าใจง่ายไม่ควรประนีประนอมรูปร่างและความสามารถในการจดจำของวัตถุ การรักษาเงาที่สำคัญและคุณสมบัติลักษณะจะช่วยให้ฉากมีความเชื่อมโยงกันแม้ในระดับรายละเอียดที่ต่ำกว่า
- การเปลี่ยนแปลงที่ราบรื่น: การเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลันระหว่างระดับ LOD อาจทำให้เกิดการปรากฏตัวที่เห็นได้ชัดหรือการเบี่ยงเบนความสนใจทางสายตา เทคนิคต่าง ๆ เช่นการผสมอัลฟ่าการทำซีดจางหรือการแก้ไขเรขาคณิตช่วยสร้างการเปลี่ยนแปลงอย่างราบรื่น
- Texture LODs: พร้อมกับการลดความซับซ้อนทางเรขาคณิตควรปรับรายละเอียดพื้นผิวด้วย การใช้ mipmaps และพื้นผิวความละเอียดต่ำสำหรับวัตถุที่อยู่ห่างไกลอนุรักษ์หน่วยความจำและการประมวลผลพลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ
- งบประมาณหน่วยความจำและประสิทธิภาพ: การสร้าง LOD ต้องเคารพข้อ จำกัด ของฮาร์ดแวร์และอัตราเฟรมเป้าหมาย ซึ่งหมายถึงการตัดสินใจว่าการจัดสรรงบประมาณรูปหลายเหลี่ยมและการจัดสรรหน่วยความจำพื้นผิวอย่างรอบคอบเพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาคอขวดประสิทธิภาพ

เทคนิคในการสร้าง LOD ที่มีประสิทธิภาพ

1. การลดรูปหลายเหลี่ยม: กระบวนการนี้จะกำจัดจุดยอดและรูปหลายเหลี่ยมที่ไม่จำเป็นในขณะที่พยายามรักษารูปร่างและลักษณะที่ปรากฏของแบบจำลองดั้งเดิม อัลกอริทึมเช่นการล่มสลายของขอบการจัดกลุ่มจุดสุดยอดหรือการวัดข้อผิดพลาดแบบสี่เหลี่ยมช่วยในการทำให้เข้าใจง่ายโดยอัตโนมัติ อาจใช้ retopology ด้วยตนเองสำหรับแบบจำลองที่สำคัญ

2. การอบพื้นผิว: เพื่อรักษารายละเอียดภาพในรุ่นที่ง่ายกว่าคุณสมบัติที่มีรายละเอียดสูงเช่นเงาแสงและพื้นผิวพื้นผิวสามารถอบลงในพื้นผิวได้ แผนที่ปกติและแผนที่การกระจัดจับความซับซ้อนของพื้นผิวโดยไม่ต้องใช้เรขาคณิตที่ซับซ้อน

3. การรับรู้ความหมาย: วิธีการที่ทันสมัยใช้ข้อมูลความหมายเกี่ยวกับฉากหรือวัตถุเพื่อเป็นแนวทางในการสร้าง LOD ตัวอย่างเช่นชิ้นส่วนโครงสร้างที่สำคัญเช่นผนังและหลังคาในที่เกิดเหตุในเมืองจะได้รับการเก็บรักษาไว้ในรายละเอียดที่สูงขึ้นในขณะที่ส่วนประกอบรองเช่นหน้าต่างและประตูจะได้รับการเป็นตัวแทนที่ง่ายขึ้น ตัวชี้นำความหมายเหล่านี้ทำให้มั่นใจได้ว่า LOD จะรักษาเนื้อหาที่มีความหมายสำหรับการวิเคราะห์หรือเล่นเกม

4. โครงสร้าง LOD แบบลำดับชั้น: การเป็นตัวแทนของ LOD ในโครงสร้างแบบลำดับชั้นหรือเหมือนต้นไม้ช่วยให้การสลับที่ยืดหยุ่นและมีประสิทธิภาพระหว่างระดับของรายละเอียด สำหรับฉากที่ซับซ้อนกลุ่ม LOD Trees ที่เกี่ยวข้องหรือชิ้นส่วนและสร้าง LODs โดยการรวมโหนดที่ระดับความลึกที่แตกต่างกันอำนวยความสะดวกในการควบคุมอย่างละเอียดมากกว่าละเอียดละเอียด

5. การสร้างแบบจำลอง LOD อย่างต่อเนื่อง: เทคนิคเช่นการปรับแต่งขึ้นอยู่กับมุมมองหรือตาข่ายแบบก้าวหน้าช่วยให้สามารถเปลี่ยนแปลงรายละเอียดได้อย่างต่อเนื่องตามพารามิเตอร์การดู วิธีนี้จะช่วยลดการโผล่ออกมาและปรับปรุงการแช่โดยการเปลี่ยนผ่านธรรมชาติมากขึ้นในระหว่างการเปลี่ยนแปลงระยะทางหรือการเคลื่อนไหวของกล้อง

6. การปรับ Dynamic LOD: ในแอปพลิเคชันแบบเรียลไทม์ LOD สามารถปรับเปลี่ยนได้แบบไดนามิกตามปัจจัยที่เกินระยะทางเช่นเป้าหมายอัตราเฟรมโฟกัสของผู้เล่นหรือประสิทธิภาพของฮาร์ดแวร์ ระบบ LOD แบบปรับตัวช่วยรักษาประสิทธิภาพที่สมดุลภายใต้เงื่อนไขที่แตกต่างกัน

ความท้าทายและการแก้ปัญหาในการสร้าง LOD

- เอฟเฟกต์ popping: การกระโดดด้วยภาพอย่างฉับพลันเมื่อสลับระหว่างเวอร์ชัน LOD รบกวนประสบการณ์การใช้งานของผู้ใช้ สิ่งนี้สามารถบรรเทาได้โดยใช้การผสม crossfade หรือ morphing ระหว่างระดับ
- การจัดแนวพื้นผิว: ตาข่าย LOD ที่แตกต่างกันอาจทำให้เกิดการจัดแนวพื้นผิวเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงในรูปแบบ UV การแมป UV เฉพาะสำหรับแต่ละระดับ LOD และการอบพื้นผิวที่สอดคล้องกันแก้ปัญหานี้
- ค่าใช้จ่ายด้านประสิทธิภาพ: ระบบการตัดสินใจสลับ LOD บางครั้งอาจใช้ทรัพยากรได้เอง การใช้เทคนิคการเลือกสรรและการเลือกที่ใช้ GPU ช่วยลดภาระ CPU และปรับปรุงการตอบสนองแบบเรียลไทม์
- ความคลุมเครือความหมาย: วิธี LOD อัตโนมัติที่พึ่งพาการทำให้เข้าใจง่ายทางเรขาคณิตเพียงอย่างเดียวอาจสูญเสียรายละเอียดความหมายที่สำคัญ การผสมผสานข้อมูลความหมายในการสร้าง LOD ช่วยเพิ่มคุณภาพของภาพและประโยชน์สำหรับงานเช่นการนำทางหรือการวิเคราะห์ข้อมูล

เวิร์กโฟลว์เชิงปฏิบัติสำหรับการปรับสมดุล LOD

1. วิเคราะห์ฉากและวัตถุ: ระบุวัตถุสำคัญบทบาทและรูปแบบการมองเห็นตามเส้นทางของกล้องและการเล่นเกมหรือสถานการณ์กรณีการใช้งาน
2. ตั้งงบประมาณรูปหลายเหลี่ยมและพื้นผิว: ตัดสินใจระดับรายละเอียดสูงสุดที่อนุญาตสำหรับส่วนประกอบฉากที่แตกต่างกันโดยพิจารณาจากเป้าหมายฮาร์ดแวร์
3. สร้างแบบจำลองรายละเอียดสูงพื้นฐาน: สร้างโมเดลที่มีรายละเอียดครบถ้วนซึ่งทำหน้าที่เป็นข้อมูลอ้างอิง
4. สร้าง LOD หลายรุ่น: ใช้การรวมกันของวิธีการอัตโนมัติและแบบแมนนวลเพื่อทำให้รุ่นง่ายขึ้นในขณะที่ยังคงรักษาคุณสมบัติที่สำคัญ
5. พื้นผิวการอบและแผนที่รายละเอียด: ใช้แผนที่การบดเคี้ยวปกติและแผนที่การกระจัดเพื่อรักษาความร่ำรวยของภาพในรุ่นโพลีต่ำ
6. ใช้ตรรกะการสลับ LOD: ตั้งค่าเกณฑ์หรือเกณฑ์แบบไดนามิกสำหรับการเปลี่ยน LOD เพื่อให้มั่นใจว่าการสลับอย่างราบรื่น
7. ทดสอบและปรับแต่ง: ประเมินคุณภาพและประสิทธิภาพของภาพภายใต้สถานการณ์จริงการปรับระยะทาง LOD ความซับซ้อนและการเปลี่ยนผ่าน
8. ปรับให้เหมาะสมสำหรับแพลตฟอร์ม: การตั้งค่า LOD Tailor ตามความสามารถของฮาร์ดแวร์เฉพาะและข้อกำหนดของอัตราเฟรม

พิจารณาประสบการณ์ผู้ใช้และบริบท

ความสมดุลของรายละเอียดและความเรียบง่ายจะต้องเป็นแอพพลิเคชั่นและแพลตฟอร์มที่แตกต่างกันเป็นศูนย์กลางของผู้ใช้มีข้อกำหนดที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่นความเป็นจริงเสมือนจริงและความต้องการความเป็นจริงที่เพิ่มขึ้นอัตราเฟรมที่สูงมากและเวลาแฝงต่ำผลักดันให้มีการปรับให้เหมาะสมที่สุด ในทางกลับกันการแสดงภาพยนตร์อาจจัดลำดับความสำคัญของความแม่นยำในการมองเห็นมากกว่าประสิทธิภาพ การทำความเข้าใจบริบทและประสบการณ์ผู้ใช้ที่ต้องการช่วยกำหนดการแลกเปลี่ยนที่เหมาะสมในการออกแบบ LOD

ผลกระทบของความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี

ความก้าวหน้าล่าสุดในเทคโนโลยี GPU และเทคนิคการแสดงผลได้ขยายสิ่งที่เป็นไปได้ด้วยระบบ LOD ฮาร์ดแวร์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นช่วยให้การเปลี่ยน LOD โดยละเอียดมากขึ้นและรุ่นที่ซับซ้อนลดการประนีประนอม ในขณะเดียวกันการเรียนรู้ของเครื่องจักรก็กลายเป็นเครื่องมือที่จะช่วยในการแบ่งส่วนความหมายอัตโนมัติและการสร้าง LOD ที่ดีที่สุดรักษาความซื่อสัตย์ทางสายตาที่ดีขึ้นในขณะที่ยังคงประสิทธิภาพ

สรุป