🏼 🐜 🤵🏿 3 डी खेल प्रतिपादन: परिचय 🕵🏻 ♣️ 🧛🏿

आप अपने सही गेमिंग पीसी पर मारियो की ताजा कॉल: डेथडूट बैटलयार्ड खेलते हैं। शानदार दृश्यों और जटिल विवरणों को निहारते हुए सुंदर, सुपर-वाइड 4K मॉनिटर देखें। क्या आपने कभी सोचा है कि ग्राफिक्स स्क्रीन पर कैसे आते हैं? क्या आपने कभी सोचा है कि खेल कंप्यूटर को यह सब कैसे दिखाता है?

3 डी गेम रेंडरिंग के हमारे दौरे में आपका स्वागत है: शुरुआती लोगों के लिए एक यात्रा, जिसमें से आप सीखेंगे कि स्क्रीन पर एक बुनियादी फ्रेम कैसे बनाया जाए।

हर साल, स्मार्टफोन, कंसोल और पीसी के लिए सैकड़ों नए गेम जारी किए जाते हैं। स्वरूपों और शैलियों की विविधता बहुत बड़ी है, लेकिन उनमें से एक, शायद, सबसे अच्छा महारत हासिल है - ये 3 डी गेम हैं। कौन सा खेल पहला था - एक बहस का सवाल है, और गिनीज बुक ऑफ रिकॉर्ड्स के आधार पर एक त्वरित नज़र ने कई परिणाम दिए। इसे पहला अल्टीमेट नाइट लोर गेम माना जा सकता है, जिसे 1984 में रिलीज़ किया गया था, लेकिन कड़ाई से बात करने पर, इस गेम की छवियां दो-आयामी थीं - पूर्ण तीन आयामों में किसी भी जानकारी का उपयोग नहीं किया गया था।

इसलिए अगर हम वास्तव में समझना चाहते हैं कि आधुनिक 3 डी गेम एक छवि कैसे बनाते हैं, तो हमें एक और उदाहरण के साथ शुरू करना होगा: विनिंग रन1988 में रिलीज़ हुई नामको। शायद यह प्रौद्योगिकियों का उपयोग करने वाला पहला पूरी तरह से तीन-आयामी गेम था जो आधुनिक लोगों से बहुत अलग नहीं हैं। बेशक, कोई भी खेल जिनकी उम्र 30 साल से अधिक हो गई है, 2018 में जारी कोडमास्टर्स एफ 1 के समान नहीं है। लेकिन सर्किट आरेख समान हैं।

इस लेख में, हम एक 3D गेम का उपयोग करके मॉनिटर या टीवी के लिए एक मूल छवि बनाने की प्रक्रिया को देखेंगे। चलो अंतिम परिणाम के साथ शुरू करते हैं और खुद से पूछते हैं: "मैं क्या देख रहा हूं?"

फिर हम उस तस्वीर के गठन के प्रत्येक चरण का विश्लेषण करते हैं जो हम देखते हैं। कार्रवाई के दौरान, हम ऐसी अवधारणाओं को कोने और पिक्सेल, बनावट और पास, बफ़र्स और छायांकन, सॉफ़्टवेयर और निर्देशों के रूप में विचार करेंगे। हम यह पता लगाएंगे कि वीडियो कार्ड प्रक्रिया में कैसे शामिल है और इसकी आवश्यकता क्यों है। उसके बाद, आप अपने गेम और पीसी को एक नई रोशनी में देख सकते हैं और वीडियो ग्राफिक्स की सराहना करना शुरू कर सकते हैं।

फ़्रेम विकल्प: पिक्सेल और रंग

चलो 3 डी गेम शुरू करते हैं, एक नमूना के रूप में हम 2007 क्राइसिस में जारी क्रायटेक कंपनी लेंगे । नीचे प्रदर्शन की एक तस्वीर है जिस पर खेल प्रदर्शित किया गया है:

इस तस्वीर को आमतौर पर एक फ्रेम कहा जाता है । लेकिन वास्तव में हम क्या देख रहे हैं? हम एक मैक्रो लेंस का उपयोग करते हैं:

दुर्भाग्य से, मॉनिटर की चमक और बाहरी बैकलाइट फोटो को खराब कर देती है, लेकिन अगर हम इसे थोड़ा सुधारते हैं, तो हम प्राप्त करते हैं

हम देखते हैं कि मॉनिटर के फ्रेम में अलग-अलग रंगीन तत्वों का एक ग्रिड होता है, और अगर हम उन्हें और भी अधिक बढ़ाते हैं, तो हम देखेंगे कि प्रत्येक तत्व तीन टुकड़ों का एक ब्लॉक है। इस तरह के एक ब्लॉक को पिक्सेल (पिक्सेल, चित्र तत्व के लिए छोटा) कहा जाता है । अधिकांश मॉनिटरों में, पिक्सेल तीन रंगों का उपयोग करके चित्रित किए जाते हैं: लाल, हरा और नीला (RGB, Red-green-blue)। एक नया फ्रेम प्रदर्शित करने के लिए, आपको हजारों की सूची संसाधित करने की आवश्यकता है, यदि लाखों नहीं, आरजीबी मूल्यों की और उन्हें स्मृति के एक टुकड़े में सहेजना है जिस पर मॉनिटर की पहुंच है। मेमोरी के ऐसे अंशों को बफ़र कहा जाता है , अर्थात मॉनिटर को फ्रेम बफर की सामग्री प्राप्त होती है ।

यह पूरी प्रक्रिया का अंतिम बिंदु है, इसलिए अब हम इसकी शुरुआत के विपरीत दिशा में आगे बढ़ेंगे। इस प्रक्रिया को अक्सर शब्द रेंडरिंग (प्रतिपादन) द्वारा वर्णित किया जाता है , लेकिन वास्तव में यह एक दूसरे से जुड़े अलग-अलग चरणों का एक क्रम है, जो संक्षेप में बहुत अधिक है। कल्पना करें कि आप मिशेलिन-तारांकित रेस्तरां में एक शेफ हैं: अंतिम परिणाम स्वादिष्ट भोजन की एक प्लेट है, लेकिन इसे प्राप्त करने के लिए कितना कुछ किया जाना चाहिए। खाना पकाने के साथ, प्रतिपादन के लिए बुनियादी सामग्री की आवश्यकता होती है।

आवश्यक भवन तत्व: मॉडल और बनावट

किसी भी 3 डी गेम के मुख्य बिल्डिंग ब्लॉक दृश्य संसाधन हैं जो दुनिया को आकर्षित करने के लिए भरते हैं। फिल्मों, टीवी शो और सिनेमाघरों को अभिनेताओं, वेशभूषा, रंगमंच, दृश्य, प्रकाश की आवश्यकता होती है - सूची काफी लंबी है। 3 डी गेम के साथ भी यही बात है। उत्पन्न फ्रेम में जो कुछ भी आप देखते हैं वह कलाकारों और मॉडलिंग विशेषज्ञों द्वारा विकसित किया गया था। इसे स्पष्ट करने के लिए, आइए पुराने स्कूल की ओर रुख करें और आईडी सॉफ्टवेयर कंपनी के क्वेक II मॉडल पर एक नज़र डालें:

यह खेल 20 साल से अधिक समय से चला आ रहा है। उस समय, क्वेक II एक तकनीकी कृति थी, हालांकि, उन वर्षों के किसी भी खेल की तरह, यहां के मॉडल बहुत ही आदिम दिखते हैं। लेकिन यह प्रदर्शित करना आसान है कि उनमें क्या है।

पिछली तस्वीर में, हम एक कोणीय दोस्त देखते हैं जिसमें त्रिकोण एक दूसरे से जुड़े होते हैं। प्रत्येक कोने को एक शीर्ष, या शीर्ष कहा जाता है। प्रत्येक शीर्ष स्थान में एक बिंदु के रूप में कार्य करता है और कम से कम तीन संख्याओं द्वारा वर्णित किया जाता है: निर्देशांक x, y, z । हालांकि, यह एक 3 डी गेम के लिए पर्याप्त नहीं है, इसलिए, प्रत्येक शीर्ष पर अतिरिक्त मान हैं: रंग, सामने की ओर की दिशा (हाँ, एक बिंदु के सामने की तरफ नहीं हो सकता ... बस पढ़ें!), चमक, पारदर्शिता की डिग्री, आदि।

वर्टेक्स में हमेशा बनावट के नक्शे के साथ जुड़े मूल्यों का एक सेट होता है। ये मॉडल द्वारा पहने गए "कपड़े" की तस्वीरें हैं। लेकिन चूंकि छवि समतल है, इसलिए मानचित्र में किसी भी दिशा से एक दृश्य होना चाहिए जहां से हम मॉडल को देख सकते हैं। क्वेक II उदाहरण एक सरल दृष्टिकोण दिखाता है: सामने, पीछे और पक्षों (बाहों) से चित्र। और आधुनिक 3 डी-गेम पहले से ही कई बनावट के नक्शे वाले मॉडल के लिए काम करते हैं, जिनमें से प्रत्येक में कई विवरण शामिल हैं, उनके बीच कोई खाली स्थान नहीं है। कुछ नक्शे सामग्री या गुणों की तरह नहीं दिखते हैं, इसके बजाय, वे इस बात की जानकारी देते हैं कि सतह से प्रकाश कैसे परिलक्षित होता है। प्रत्येक वर्टेक्स में मॉडल के साथ जुड़े बनावट के नक्शे में निर्देशांक का एक सेट होता है, ताकि इसे वर्टेक्स के ऊपर "बढ़ाया" जा सके। इसका मतलब है कि जब आप शीर्ष को स्थानांतरित करते हैं, तो बनावट इसके साथ आगे बढ़ेगी।

प्रदान की गई त्रि-आयामी दुनिया में, जो कुछ भी आप देखते हैं वह एक कोने और बनावट के नक्शे के साथ शुरू होता है। उन्हें एक-दूसरे से जुड़े मेमोरी बफ़र्स में लोड किया जाता है। वर्टेक्स बफर (वर्टेक्स बफर) में बाद के रेंडरिंग के लिए आवंटित स्मृति के बनावट और भाग होते हैं। आदेश बफर क्या इन संसाधनों के साथ ऐसा करने के निर्देशों की एक सूची है।

यह सब आवश्यक रूपरेखा तैयार करता है जिसका उपयोग रंगीन पिक्सल्स की अंतिम ग्रिड बनाने के लिए किया जाएगा। कुछ खेलों में, यह बड़ी मात्रा में डेटा है, क्योंकि प्रत्येक नए फ्रेम के लिए बफ़र्स को फिर से बनाने में बहुत लंबा समय लगता है। गेम्स बफ़र्स में एक पूरी दुनिया बनाने के लिए आवश्यक जानकारी भी संग्रहीत करते हैं जिसे एक खिलाड़ी देख सकता है, या इसके एक बड़े हिस्से को आवश्यक रूप से अपडेट कर सकता है। उदाहरण के लिए, एफ 1 2018 जैसे रेसिंग गेम में, सब कुछ बफ़र्स के एक बड़े संग्रह में संग्रहीत किया जाएगा। और स्किरिम जैसे ओपन-वर्ल्ड गेम में, डेटा को बफ़र्स में लोड किया जाएगा और उनसे हटा दिया जाएगा क्योंकि दुनिया भर में कैमरा चलता है।

दृश्य सेटअप: वर्टेक्स

सभी दृश्य जानकारी होने के बाद, खेल फिर दृश्य प्रदर्शन की प्रक्रिया शुरू करेगा। मॉडल, प्रकाश स्रोतों, आदि की आधार व्यवस्था के साथ, दृश्य डिफ़ॉल्ट रूप से एक निश्चित स्थिति में शुरू होता है। यह "शून्य" स्क्रीन होगा - ग्राफिक्स के लिए शुरुआती बिंदु। यह अक्सर प्रदर्शित नहीं होता है, यह केवल सिस्टम द्वारा संसाधित होता है। यह बताने के लिए कि रेंडरिंग के पहले चरण में क्या होता है, हम ऑनलाइन टूल रियल-टाइम रेंडरिंग का उपयोग करेंगे । आइए सरलतम "गेम" बनाएं: जमीन पर खड़ा एक बॉक्स।

इस ऑब्जेक्ट में 8 कोने हैं, जिनमें से प्रत्येक को संख्याओं की सूची द्वारा वर्णित किया गया है। कोने 12 त्रिकोणों से मिलकर एक मॉडल बनाते हैं। प्रत्येक त्रिभुज, और यहां तक कि स्वयं वस्तु, एक आदिम कहा जाता है । जैसे-जैसे आदिम चलते हैं, घूमते हैं, और पैमाने बढ़ते हैं, संख्या गणितीय संक्रियाओं की श्रृंखला से गुजरती है और अद्यतन होती है।

ध्यान दें कि मॉडल पॉइंट नंबर नहीं बदलते हैं। ये संख्या बिल्कुल वही दिखाती है जहां मॉडल आभासी दुनिया में स्थित है। संबंधित गणितीय गणनाओं पर विचार करना लेख के दायरे से परे है, हम केवल यह कहेंगे कि पहले सभी वस्तुओं को रखा गया है जहां उन्हें होना चाहिए। और फिर रंग शुरू होता है।

एक और मॉडल लें जिसमें पिछले बॉक्स की तुलना में 10 गुना अधिक कोने हों। सबसे सरल पेंटिंग प्रक्रिया में, प्रत्येक शीर्ष का रंग लिया जाता है, और फिर सतह से सतह पर रंग परिवर्तन की गणना की जाती है। इसे प्रक्षेप कहा जाता है ।

मॉडल में कोने की संख्या में वृद्धि से न केवल आपको अधिक यथार्थवादी ऑब्जेक्ट बनाने की अनुमति मिलती है, बल्कि रंग प्रक्षेप के परिणाम में भी सुधार होता है।

प्रतिपादन के इस स्तर पर, दृश्य में प्रकाश स्रोतों के प्रभाव की विस्तार से गणना की जा सकती है। उदाहरण के लिए, मॉडल सामग्री रंग को कैसे दर्शाती है। इस तरह की गणना को कैमरे की स्थिति और दिशा के साथ-साथ प्रकाश स्रोतों की स्थिति और दिशा को ध्यान में रखना चाहिए।

ऐसा करने के लिए, कई अलग-अलग गणितीय तरीके हैं, कुछ सरल, दूसरे बहुत जटिल। ऊपर दिए गए दृष्टांत में, हम देखते हैं कि दाईं ओर की वस्तु बहुत अच्छे और अधिक यथार्थवादी दिखती है, लेकिन इसे खींचने के लिए अधिक काम करना पड़ता है।

यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि अब हम सबसे आधुनिक खेलों के साथ छोटी संख्या में चोटियों की तुलना करते हैं। स्क्रॉल करें और Crysis से छवि की सावधानीपूर्वक जांच करें: यह एक दृश्य एक लाख से अधिक त्रिकोण प्रदर्शित करता है। उदाहरण के रूप में यूनीगाइन वैली बेंचमार्क का उपयोग करके, आप समझ सकते हैं कि आधुनिक खेलों में कितने त्रिभुज का उपयोग किया जाता है।

इस छवि की प्रत्येक वस्तु में एक दूसरे से जुड़े कोने होते हैं, जो त्रिभुजों से युक्त प्राइमिटिव द्वारा बनते हैं। बेंचमार्क को वायरफ्रेम मोड में चलाया जा सकता है, जिसमें प्रत्येक त्रिकोण के किनारों को सफेद रेखाओं द्वारा दर्शाया जाता है।

जैसा कि आप देख सकते हैं, किसी भी वस्तु में त्रिकोण होते हैं, और प्रत्येक त्रिकोण के लिए स्थान, दिशा और रंग की गणना की जाती है। यह प्रकाश स्रोतों के स्थान के साथ-साथ कैमरे के स्थान और दिशा को भी ध्यान में रखता है। कोने से जुड़े सभी परिवर्तनों को खेल में स्थानांतरित किया जाना चाहिए, ताकि उसके पास अगले फ्रेम को खींचने के लिए सभी आवश्यक जानकारी हो - यह वर्टेक्स बफर को अपडेट करके किया जाता है।

हैरानी की बात है, यह प्रतिपादन का सबसे कठिन हिस्सा नहीं है, सही हार्डवेयर के साथ, सभी गणना कुछ सेकंड के कुछ हजारवें हिस्से में की जाती हैं! आगे बढ़ो।

हार का आयाम: विघटन

सभी लंबों को संसाधित करने और हमारे तीन-आयामी दृश्य में सभी वस्तुओं के प्लेसमेंट को पूरा करने के बाद, प्रदान करने की प्रक्रिया बहुत महत्वपूर्ण चरण में आगे बढ़ती है। इस बिंदु तक, खेल वास्तव में तीन आयामी था, लेकिन अंतिम फ्रेम अब ऐसा नहीं है: परिवर्तनों की एक श्रृंखला के दौरान, देखी गई दुनिया 3 डी-स्पेस से हजारों कनेक्टेड बिंदुओं से दो-आयामी छवि में बदल जाती है जिसमें रंगीन पिक्सेल शामिल होते हैं। अधिकांश खेलों में, इस प्रक्रिया में कम से कम दो चरण होते हैं: प्रोजेक्शन स्क्रीन स्पेस (स्क्रीन स्पेस प्रोजेक्शन) और रैस्टराइजेशन ।

हमारे वेब-आधारित रेंडरिंग टूल पर वापस, यह हमें दिखाएगा कि आभासी दुनिया की मात्रा एक सपाट छवि में कैसे बदल जाती है। कैमरा बाईं ओर दिखाया गया है, इससे निकलने वाली रेखाएँ दृश्यता (फ़्रुम) का एक छोटा पिरामिड बनाती हैं , और जो कुछ भी इसमें मिलता है उसे अंतिम फ्रेम में प्रदर्शित किया जा सकता है। पिरामिड के लंबवत अनुभाग को व्यूपोर्ट कहा जाता है - यह वह है जिसे मॉनिटर पर दिखाया जाएगा। कैमरे के परिप्रेक्ष्य को ध्यान में रखते हुए, पिरामिड की संपूर्ण सामग्री को देखने के क्षेत्र में प्रोजेक्ट करने के लिए कई गणितीय गणनाओं का उपयोग किया जाता है।

हालाँकि देखने के क्षेत्र में ग्राफिक्स दो-आयामी हैं, फिर भी डेटा वास्तव में त्रि-आयामी है, और बाद में इस जानकारी का उपयोग यह गणना करने के लिए किया जाएगा कि कौन सी प्राइमिटिव हमें दिखाई देती हैं और जो छिपी हुई हैं। ऐसा करना आश्चर्यजनक रूप से कठिन हो सकता है, क्योंकि आदिम हमें दिखाई देने वाली छायाएं डाल सकते हैं, भले ही आदिम स्वयं हमसे छिपे हों। हमारे द्वारा छिपाए गए प्राइमेट को हटा दें ( ड्रॉपिंग ) कहा जाता है । यह ऑपरेशन पूरे फ्रेम की रेंडरिंग गति को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित कर सकता है। दृश्यमान और छिपी हुई प्राथमिकताओं में छंटाई पूरी होने के बाद, साथ ही त्रिकोण को दृश्यता के पिरामिड की सीमा के बाहर हटा दिया जाता है, तीन-आयामीता का अंतिम चरण पूरा हो जाता है और फ्रेम को रेखांकन का उपयोग करके पूरी तरह से दो-आयामी बना दिया जाता है।

ऊपर दिया गया चित्रण एक आदिम वाले फ्रेम के बहुत सरल उदाहरण को दर्शाता है। पिक्सेल ग्रिड को ज्यामितीय आकार पर आरोपित किया जाता है और बाद के प्रसंस्करण के लिए इसी पिक्सेल को चिह्नित किया जाता है। अंतिम परिणाम मूल त्रिकोण की तरह बहुत अधिक नहीं दिखता है, क्योंकि हम पर्याप्त पिक्सेल का उपयोग नहीं कर रहे हैं। इस संबंध में, अलियासिंग (अलियासिंग, स्टेपिंग लाइनें) की समस्या उत्पन्न होती है , जिसे विभिन्न तरीकों से हल किया जाता है। इसलिए, गेम के रिज़ॉल्यूशन में परिवर्तन (फ़्रेम में पिक्सेल की कुल संख्या) अंतिम परिणाम को बहुत प्रभावित करता है: अधिक पिक्सेल न केवल रूपों के प्रदर्शन में सुधार करते हैं, बल्कि अवांछित अलियासिंग के प्रभाव को भी कम करते हैं।

रेंडरिंग के इस हिस्से को पूरा करने के बाद, हम अगले बड़े कदम पर जाते हैं: फ्रेम में सभी पिक्सल का अंतिम रंग।

प्रकाश ले जाएं: पिक्सेल चरण

हम प्रतिपादन के सबसे कठिन चरण में आ गए हैं। एक बार यह पिक्सेल जानकारी (मूल रूप से कोने से प्राप्त) का उपयोग करके कपड़े (बनावट) मॉडल पर खींचने के लिए नीचे आया। हालांकि, तथ्य यह है कि यद्यपि बनावट और फ़्रेम स्वयं दो-आयामी हैं, हालांकि, वर्टेक्स प्रोसेसिंग चरण में आभासी दुनिया विकृत, स्थानांतरित और बदल गई थी। इन सभी को ध्यान में रखते हुए, अतिरिक्त गणितीय गणना का उपयोग किया जाता है, हालांकि, नई समस्याएं परिणाम की विशेषता हो सकती हैं।

इस चित्रण में, विमान में एक बिसात की बनावट लागू की जाती है। एक अप्रिय दृश्य लहर है, जिसे अलियासिंग द्वारा विकसित किया गया है। इस समस्या को हल करने के लिए, बनावट के नक्शे ( एकाधिक मैपिंग , mipmaps) के छोटे संस्करणों का उपयोग करें, इन बनावटों ( फ़िल्टरिंग , फ़िल्टरिंग) और अतिरिक्त गणितीय गणना से जानकारी का पुन: उपयोग करें । प्रभाव ध्यान देने योग्य है:

किसी भी खेल के लिए, यह वास्तव में एक कठिन चरण था, लेकिन आज ऐसा नहीं है, क्योंकि अन्य दृश्य प्रभावों, जैसे प्रतिबिंब और छाया के व्यापक उपयोग के कारण, बनावट प्रसंस्करण प्रतिपादन प्रक्रिया का एक अपेक्षाकृत छोटा चरण बन गया है। उच्च प्रस्तावों पर खेलते समय, रेखांकन और पिक्सेल प्रसंस्करण के चरणों में भार बढ़ जाता है, लेकिन यह अपेक्षाकृत कम चक्कर के प्रसंस्करण को प्रभावित करता है। हालांकि प्रकाश स्रोतों के कारण प्राथमिक रंग शीर्ष स्तर पर किया जाता है, अधिक परिष्कृत प्रकाश प्रभाव लागू किया जा सकता है।

पिछले चित्रण में, हम अब अलग-अलग त्रिकोणों के बीच रंग परिवर्तन नहीं देखते हैं, जो हमें एक सहज निर्बाध वस्तु की अनुभूति देता है। हालांकि इस उदाहरण में क्षेत्र में त्रिभुज की समान संख्या शामिल है क्योंकि ऊपर चित्रण में हरे रंग का क्षेत्र है, पिक्सेल रंग प्रक्रिया के परिणामस्वरूप, यह हमें लगता है कि बहुत अधिक त्रिभुज का उपयोग किया जाता है।

कई खेलों में, पिक्सेल चरण को कई बार चलाना पड़ता है। उदाहरण के लिए, आस-पास की दुनिया को प्रतिबिंबित करने के लिए एक दर्पण या पानी की सतह के लिए, इस दुनिया को सबसे पहले खींचा जाना चाहिए। प्रत्येक रन को पास (पास) कहा जाता है , और प्रत्येक फ्रेम के लिए अंतिम छवि प्राप्त करने के लिए आसानी से चार या अधिक पास का उपयोग किया जा सकता है।

इसके अलावा, कभी-कभी आपको एक और बिंदु से दुनिया को फिर से परिभाषित करने के लिए फिर से शीर्ष चरण को चलाने की आवश्यकता होती है और इस छवि का उपयोग उस दृश्य में किया जाता है जिसे खिलाड़ी को दिखाया जाता है। ऐसा करने के लिए, एकल-बफर रेंडरिंग (लक्ष्यों को प्रस्तुत करें) का उपयोग करें - बफ़र्स का उपयोग करें जो फ्रेम के लिए अंतिम भंडारण के रूप में कार्य करते हैं, लेकिन एक अलग पास के साथ बनावट के रूप में भी कार्य कर सकते हैं।

पिक्सेल चरण की जटिलता का आकलन करने के लिए, आप पढ़ सकते हैंडूम 2016 में फ्रेम विश्लेषण । एक फ्रेम बनाने के लिए जितने ऑपरेशन की जरूरत होगी, आप चौंक जाएंगे।

फ़्रेम को बनाने के लिए किए गए सभी कार्य बफर को सहेजे जाने चाहिए, चाहे वह अंतिम या मध्यवर्ती परिणाम हो। सामान्य तौर पर, गेम अंतिम प्रदर्शन के लिए कम से कम दो बफ़र्स पर फ्लाई का उपयोग करता है: एक "वर्तमान कार्य" के लिए, और दूसरा बफर या तो मॉनिटर के एक्सेस के लिए प्रतीक्षा कर रहा है, या प्रदर्शित करने की प्रक्रिया में है। आपको हमेशा एक स्क्रीन बफर की आवश्यकता होती है जिसमें रेंडरिंग परिणाम सहेजा जाएगा, और जब सभी बफ़र्स भर जाते हैं, तो आपको आगे बढ़ने और एक नया बफर बनाने की आवश्यकता होती है। फ्रेम के साथ काम पूरा होने पर, एक साधारण कमांड दिया जाता है, अंतिम फ्रेम बफ़र्स को इंटरचेंज किया जाता है, मॉनिटर अंतिम प्रदान किए गए फ़्रेम को प्राप्त करता है, और अगले फ्रेम को प्रदान करने की प्रक्रिया शुरू होती है।

हत्यारे के पंथ ओडिसी से इस फ्रेम में हम पूर्ण फ्रेम बफर की सामग्री देखते हैं। इस सामग्री को एक तालिका में दर्शाया जा सकता है जिसमें केवल संख्याएँ होती हैं। उन्हें विद्युत संकेतों के रूप में एक मॉनिटर या टीवी पर भेजा जाता है, और स्क्रीन के पिक्सल उनके मूल्यों को बदलते हैं। हमारी आँखें एक सपाट, ठोस छवि को देखती हैं, लेकिन हमारा मस्तिष्क इसे तीन आयामी मानता है। खेल में सिर्फ एक शॉट के दृश्यों के पीछे इतना काम छिपा है कि प्रोग्रामर इसे कैसे संभाल सकते हैं, यह देखने लायक है।

प्रक्रिया प्रबंधन: एपीआई और निर्देश

यह पता लगाने के लिए कि खेल को कैसे निष्पादित करें और सभी गणना, कोने, बनावट, प्रकाश व्यवस्था, बफ़र्स आदि का प्रबंधन करें। - यह बहुत बड़ा काम है। सौभाग्य से, इस प्रोग्रामिंग इंटरफेस (एप्लिकेशन प्रोग्रामिंग इंटरफ़ेस, एपीआई) में हमारी मदद करें ।

रेंडरिंग एपीआई संरचनाओं, नियमों और सॉफ्टवेयर पुस्तकालयों की पेशकश करके समग्र जटिलता को कम करते हैं जो सरलीकृत निर्देशों की अनुमति देते हैं जो हार्डवेयर-स्वतंत्र होते हैं। पिछले तीन वर्षों में पीसी के लिए जारी किए गए किसी भी 3 डी गेम को लें: इसे तीन लोकप्रिय एपीआई में से एक का उपयोग करके बनाया गया था - Direct3D, OpenGL, या Vulkan। इसी तरह के अन्य विकास हैं, खासकर मोबाइल सेगमेंट में, लेकिन इस लेख में हम तीनों के बारे में बात करेंगे।

निर्देशों और संचालन के नामों में अंतर के बावजूद (उदाहरण के लिए, डायरेक्टएक्स में पिक्सल के प्रसंस्करण के लिए एक कोड ब्लॉक को पिक्सेल शेडर कहा जाता है, और वल्कन में इसे एक टुकड़ा शेडर कहा जाता है), अंतिम परिणाम भिन्न नहीं होता है, अधिक सटीक रूप से, यह भिन्न नहीं होता है।

अंतर को प्रकट किया जाएगा कि प्रतिपादन के लिए किस उपकरण का उपयोग किया जाता है। एपीआई द्वारा तैयार किए गए निर्देशों को हार्डवेयर-अनुकूल आदेशों में परिवर्तित करने की आवश्यकता है जो डिवाइस चालकों द्वारा संसाधित किए जाते हैं। और उपकरण निर्माताओं को इस रूपांतरण को जल्द से जल्द और सही तरीके से करने के लिए अपने ड्राइवरों के लिए बहुत सारे संसाधन और समय बिताना पड़ता है।

उदाहरण के लिए, द टेलोस सिद्धांत (2014) के शुरुआती बीटा ने उल्लेखित एपीआई के तीनों का समर्थन किया। ड्राइवरों और इंटरफेस के विभिन्न संयोजनों के परिणाम अलग-अलग कैसे हो सकते हैं, यह प्रदर्शित करने के लिए, हमने 1080p और अधिकतम गुणवत्ता सेटिंग्स के लिए रिज़ॉल्यूशन सेट करके मानक निर्मित बेंचमार्क चलाया। Intel Core i7-9700K प्रोसेसर ने ओवरक्लॉकिंग के बिना काम किया, एनवीडिया टाइटन एक्स (पास्कल) वीडियो कार्ड, रैम - 32 जीबी डीडीआर 4 रैम।

DirectX 9 = 188.4 फ्रेम / एस का औसत।
DirectX 11 = 202.3 फ्रेम / एस का औसत।
ओपनजीएल = औसत 87.9 फ्रेम / एस।
वल्कन = 189.4 फ्रेम / एस का औसत।

हम परिणामों का विश्लेषण नहीं करेंगे, और वे निश्चित रूप से यह नहीं कहते हैं कि कुछ एपीआई दूसरे की तुलना में "बेहतर" है (मत भूलो, खेल के बीटा संस्करण का परीक्षण किया गया था)। हम केवल यह कहेंगे कि विभिन्न एपीआई के लिए प्रोग्रामिंग विभिन्न कठिनाइयों से जुड़ी हुई है, और किसी भी समय प्रदर्शन भी अलग होगा। सामान्य तौर पर, गेम डेवलपर्स एपीआई का चयन करते हैं, जिसके साथ उन्हें अधिक अनुभव होता है, और इसके लिए अपने कोड का अनुकूलन करते हैं। कभी-कभी शब्द इंजन का उपयोग रेंडरिंग के लिए जिम्मेदार कोड का वर्णन करने के लिए किया जाता है, लेकिन कड़ाई से बोलने के लिए, इंजन उपकरणों का एक पूरा सेट है जो गेम के सभी पहलुओं को संसाधित करता है, न कि केवल ग्राफिक्स।

यह खरोंच से एक कार्यक्रम बनाने के लिए इतना आसान नहीं है जो एक 3 डी गेम का प्रतिपादन करता है। इसलिए, आज इतने सारे खेलों में लाइसेंस प्राप्त तृतीय-पक्ष सिस्टम का उपयोग किया जाता है (उदाहरण के लिए, अवास्तविक इंजन) उनकी जटिलता का मूल्यांकन करने के लिए, क्वेक के लिए ओपन सोर्स इंजन खोलें और gl_draw.c फाइल देखें: इसमें विभिन्न रेंडरिंग ऑपरेशंस के निर्देश हैं और पूरे इंजन के केवल एक छोटे से हिस्से को दर्शाता है। लेकिन क्वेक को 20 साल पहले जारी किया गया था, और पूरे खेल (सभी दृश्य संसाधनों, ध्वनियों, संगीत, सहित) में 55 एमबी लगते हैं। तुलना के लिए, सुदूर रो 5 में, केवल 62 एमबी पर कब्जा है।

समय सबसे महत्वपूर्ण है: सही उपकरण का उपयोग करना

उपरोक्त सभी को किसी भी कंप्यूटर सिस्टम के प्रोसेसर द्वारा गणना और संसाधित किया जा सकता है। X86-64 परिवार के आधुनिक प्रोसेसर सभी आवश्यक गणितीय कार्यों का समर्थन करते हैं और यहां तक कि इसके लिए अलग उपतंत्र भी होते हैं। हालांकि, एकल फ्रेम को प्रस्तुत करने के कार्य के लिए कई बार की जाने वाली गणना और काम के महत्वपूर्ण समानांतरण की आवश्यकता होती है। केंद्रीय प्रोसेसर इसके लिए अनुकूलित नहीं हैं, क्योंकि वे कार्यों की व्यापक संभव सीमा को हल करने के लिए बनाए गए हैं। ग्राफिक्स कंप्यूटिंग के लिए विशेष प्रोसेसर को जीपीयू (ग्राफिक्स प्रोसेसिंग यूनिट) कहा जाता है । वे DirectX, OpenGL और Vulkan के क्रम में बनाए गए हैं।

हम एक बेंचमार्क का उपयोग करेंगे जो आपको केंद्रीय प्रोसेसर या विशेष उपकरण - वी-रे नेक्स्ट का उपयोग करके एक फ्रेम रेंडर करने की अनुमति देता हैअराजकता समूह की कंपनियां। वास्तव में, यह प्रतिपादन के बजाय किरण अनुरेखण करता है, लेकिन यहां अधिकांश संख्यात्मक संचालन भी हार्डवेयर पर निर्भर हैं।

चलो तीन मोड में बेंचमार्क पास करते हैं: केवल केंद्रीय प्रोसेसर, केवल ग्राफिक प्रोसेसर, और दोनों प्रोसेसर का संयोजन:

अकेले CPU = 53 मिलियन किरणें
अकेले GPU = 251 मिलियन किरणें
दोनों प्रोसेसर = 299 मिलियन किरणों का संयोजन

माप की इकाई को अनदेखा किया जा सकता है, सार अंतर का पांच गुना है। लेकिन फिर भी, यह परीक्षण खेलों से संबंधित नहीं है, तो चलिए पुराने स्कूल के बेंचमार्क Futuremark 3DMark03 की ओर मुड़ते हैं । आइए केंद्रीय प्रोसेसर का उपयोग करके सभी वर्टेक्स शेड्स की एक मजबूर गणना (जो कि त्रिकोणों को स्थानांतरित करने और रंग देने के लिए संचालन का पूरा सेट के साथ) के साथ एक साधारण विंग ऑफ़ फ़्यूरी टेस्ट चलाते हैं।

परिणाम आपको आश्चर्यचकित नहीं करना चाहिए:

केंद्रीय प्रोसेसर = औसत 77 फ्रेम / एस।
GPU = औसत 1,580 फ्रेम / एस।

जब केंद्रीय प्रोसेसर द्वारा वर्टेक्स के साथ सभी गणना की जाती है, तो प्रत्येक फ्रेम को प्रस्तुत करने और प्रदर्शित करने के लिए औसतन 13 एमएस लगते हैं। और ग्राफिक्स प्रोसेसर का उपयोग करते समय, यह आंकड़ा 0.6 एमएस तक गिर जाता है - 20 गुना अधिक तेजी से।

अंतर तब और अधिक बढ़ जाता है जब आप सबसे कठिन बेंचमार्क टेस्ट - मदर नेचर चलाते हैं। केंद्रीय प्रोसेसर ने एक नगण्य 3.1 फ्रेम / एस का उत्पादन किया! और ग्राफिक्स प्रोसेसर ने 1388 फ्रेम / एस पर शूट किया। लगभग 450 गुना तेज। कृपया ध्यान दें: 3DMark03 16 से बाहर आया, और केंद्रीय प्रोसेसर पर परीक्षण में केवल वर्टिकल संसाधित होते हैं, GPU अभी भी रेखांकन और पिक्सेल चरण पर ले जाता है। कल्पना कीजिए कि क्या बेंचमार्क आधुनिक थे और अधिकांश ऑपरेशन प्रोग्रामेटिक रूप से किए गए थे?

अब आइए Unigine Valley के बेंचमार्क को फिर से आज़माएं , ग्राफिक्स की प्रक्रिया बहुत हद तक Far Cry 5 जैसे गेम में इस्तेमाल होने वाले समान हैं। मानक DirectX 11 के अलावा पूरी तरह से सॉफ्टवेयर रेंडरिंग इंजन भी है। वीडियो प्रोसेसर पर चलने पर, हमें औसतन 196 फ्रेम / s का परिणाम मिला। । सॉफ्टवेयर संस्करण के बारे में क्या? दुर्घटनाओं के एक जोड़े के बाद, एक शक्तिशाली परीक्षण पीसी ने औसतन 0.1 फ़्रेम / एस उत्पन्न किया। - लगभग दो हजार गुना धीमा।

इतने बड़े अंतर का कारण गणितीय गणना और 3 डी रेंडरिंग में उपयोग किए जाने वाले डेटा प्रारूप में है। सीपीयू का प्रत्येक कोर फ्लोटिंग पॉइंट मॉड्यूल से लैस है। I7-9700K में 8 कोर होते हैं, प्रत्येक में दो ऐसे मॉड्यूल होते हैं। यद्यपि टाइटन एक्स में मॉड्यूल की वास्तुकला अलग है, दोनों प्रकार एक ही प्रारूप के डेटा के साथ एक ही गणना कर सकते हैं। इस वीडियो कार्ड में तुलनीय गणना करने के लिए 3500 से अधिक मॉड्यूल हैं, और हालांकि उनकी घड़ी की आवृत्ति केंद्रीय प्रोसेसर (1.5 गीगाहर्ट्ज और 4.7 गीगाहर्ट्ज) की तुलना में बहुत कम है, हालांकि, वीडियो प्रोसेसर मॉड्यूल की संख्या लेता है।

हालांकि टाइटन एक्स एक मास ग्राफिक्स कार्ड नहीं है, यहां तक कि एक बजट मॉडल भी किसी भी केंद्रीय प्रोसेसर से आगे निकल जाएगा। इसलिए, सभी 3 डी गेम और एपीआई विशेष उपकरणों के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। आप V-ray , 3DMark या कोई भी Unigine बेंचमार्क डाउनलोड कर सकते हैं और अपने सिस्टम का परीक्षण करें - अपने आप को देखें कि गेम में ग्राफिक्स रेंडर करने के लिए वीडियो प्रोसेसर कितनी अच्छी तरह से अनुकूलित हैं।

अंतिम शब्द

यह 3 डी गेम में सिंगल फ्रेम बनाने की प्रक्रिया में, अंतरिक्ष में एक बिंदु से एक मॉनीटर पर रंगीन छवि तक एक छोटी सी विषयांतर था।

वास्तव में, पूरी प्रक्रिया सिर्फ संख्याओं के साथ काम कर रही है। हालाँकि, लेख के दायरे के बाहर बहुत कुछ बना हुआ है। हमने यूक्लिडियन रैखिक बीजगणित, त्रिकोणमिति, और शीर्ष और पिक्सेल शेड्स द्वारा किए गए अंतर कैल्कुली से विशिष्ट गणितीय गणनाओं पर विचार नहीं किया। हमने यह भी बात नहीं की कि सांख्यिकीय नमूने के उपयोग से बनावट को कैसे संसाधित किया जाता है। मैंने स्क्रीन स्पेस में परिवेश प्रकाश को अवरुद्ध करने, किरण अनुरेखण के साथ हस्तक्षेप को कम करने, विस्तारित डायनेमिक रेंज और टेम्पोरल स्मूथिंग का उपयोग करके ऐसे शांत दृश्य प्रभावों को छोड़ दिया।

और अगली बार जब आप एक आधुनिक 3 डी गेम लॉन्च करते हैं, तो हम आशा करते हैं कि आप न केवल ग्राफिक्स को विभिन्न आंखों से देखेंगे, बल्कि इसके बारे में अधिक जानना चाहते हैं।

3 डी खेल प्रतिपादन: परिचय