Quake Engine code review : Rendition (4/4)

Quakeレンダラは、最初の開発中に最も多くの作業をしたモジュールです。これは、Michael Abrashの本とJohn Carmackの.planファイルによって広範囲に記述されています。

Architecture section
Network section
Prediction section
Rendition section (本記事)

Rendition

シーンのレンダリングプロセスはマップのBSPを中心に行われていきます。 Wikipediaのバイナリ空間分割を紹介しておきます。一言で言えば、Quakeマップはすごく前処理されています。ボリュームは次の図のように再帰的にスライスされます。

このプロセスでは、葉のようなBSPが生成されます（ルールは、既存のポリゴンを分割プランとして選択し、より少ないポリゴンを分割するスプリッタを選択することです）。 BSPが生成された後、各リーフについて、PVS（Potentially Visible Set）が計算される。例として、leaf4は潜在的にleaf7と9を見ることができます：

このリーフの結果として得られるPVSは、ビットベクトルとして格納されます。

Leaf Id	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
PVS for leaf 4	0	0	0	1	0	0	1	0	1	0	0	0	0	0	0	0

これにより、1996年のPCではグローバルなPVSサイズが約5Mbになりました。したがって、PVSはデルタ長圧縮によって圧縮されます。

Compressed PVS for leaf 4	3	2	1	7

The Run-length encoded PVSは、1の間の0の数のみを含む。非常に効率的な圧縮技術のようには見えないかもしれませんが、非常に限られた目に見えるleafと組み合わせた高いleaf数（32767）は、PVS全体のサイズを20kBに下げます。

Pre-processing in action

あらかじめ計算されたBPSとPVSが装備されているため、エンジンのMap作成ルーチンは単純に次のようになりました。

カメラがどのLeafに位置しているかを判断するには、BSPをトラバースします。
このLeafのPVSを取得して解凍し、PVSを繰り返し、BSPにLeafをマークします。
BSPを遠くに横切る
ノードがマークされていない場合は、それをスキップします。
Camera Frustrumに対してNode Boundary Boxをテストします。
現在のLeafをrendition listに追加する

注：BSPは複数回使用されます。例：アクティブなライトごとにマップを遠くに歩き、マップのポリゴンにタグを付けます。
注2：ソフトウェア演出では、BSPは遠くまで歩いている。

Code analysis

The rendition codeは以下のように要約できます：

SCR_UpdateScreen                                            
{
        GL_BeginRendering
        SCR_SetUpToDrawConsole
        V_RenderView
        |       R_Clear
        |       R_RenderScene
        |       |       R_SetupFrame
        |       |               Mod_PointInLeaf
        |       |       R_SetFrustum
        |       |       R_SetupGL
        |       |       R_MarkLeaves
        |       |       |       Mod_LeafPVS
        |       |       |               Mod_DecompressVis
        |       |       R_DrawWorld
        |       |       |       R_RecursiveWorldNode
        |       |       |       DrawTextureChains
        |       |       |       |       R_RenderBrushPoly
        |       |       |       |           DrawGLPoly
        |       |       |       R_BlendLightmaps
        |       |       S_ExtraUpdate
        |       |       R_DrawEntitiesOnList
        |       |       GL_DisableMultitexture
        |       |       R_RenderDlights
        |       |       R_DrawParticles
        |       R_DrawViewModel
        |           R_DrawAliasModel
        |       R_DrawWaterSurfaces
        |       R_PolyBlend
        GL_Set2D
        SCR_TileClear
        V_UpdatePalette
        GL_EndRendering
}

SCR_UpdateScreen

Calls：
1. GL_BeginRendering（後でR_SetupGLで使用される変数（glx、gly、glwidth、glheight）を設定してviewPortと投影行列を設定する）
2. SCR_SetUpToDrawConsole（コンソールの高さを決める：これはなぜ2Dの部分ではないのですか？）
3. V_RenderView（レンダー3Dシーン）
4. GL_Set2D（オルソ投影（2D）に切り替える）
5. SCR_TileClear
6. オプションで2Dのもの、コンソール、FPSメトリックなどをたくさん描画します。
7. V_UpdatePalette（名前はソフトウェアレンダラーに合わせています。これは、OpenGLの場合、受信したダメージやアクティブボーナスなどに応じてブレンディングモードを設定します。値はv_blendに格納されます。
8. GL_EndRendering（バッファをスワップ（ダブルバッファリング）!!）

V_RenderView

Calls:
1. V_CalcRefdef（申し訳ありませんが何なのかわかりませんでした）
2. R_PushDlights効果があるすべてのライトがあるポリゴンにマークを付けます（注意を参照）
3. R_RenderView

注意：

R_PushDlightsは再帰的メソッド（R_MarkLights）を呼び出します。 BSPはライトの影響を受けるポリゴンを（intビットベクトルを使用して）マークするためにBSPを使用し、BSPは遠くまで（ライトのPOVから）動作しています。このメソッドは、ライトがアクティブで、範囲内にあるかどうかをチェックします。 R_MarkLightsメソッドは、マイケル・アブラシュがdirect application of distance point-planの記事"Frames of Reference"（dist = DotProduct（light-> origin、splitplane-> normal） - splitplane-> dist;）を直接適用しているので、特に注目に値する。

R_RenderView

Calls:

R_Clear（必要なものだけをクリアするGL_COLOR_BUFFER_BITやGL_DEPTH_BUFFER_BIT）
R_RenderScene
R_DrawViewModel（レンダリングプレーヤーモデルはspectatorモードです）
R_DrawWaterSurfaces（水を描画するにはGL_BEND / GL_MODULATEモードに切り替え、ワーピングはgl_warp.cのsinとcosのルックアップテーブルで行います）
R_PolyBlend（V_UpdatePaletteに設定された値をv_blend経由で画面全体にブレンドします。これは、ダメージ（赤色）、水中またはボーナスブースト効果のときに表示されます）

R_RenderScene

Calls:

R_SetupFrame（カメラがあるBSPリーフを取得し、変数 "r_viewleaf"に格納）
R_SetFrustum（mplane_t frustum [4]を設定します。
R_SetupGL（GL_PROJECTION、GL_MODELVIEWの設定、ビューポートとglCullFace側、Y軸とZ軸をQuake z軸として回転させ、x軸をOpenGLで切り替える）
R_MarkLeaves
R_DrawWorld
S_ExtraUpdate（マウスの位置をリセットし、サウンドの問題を処理する）
R_DrawEntitiesOnList（自己説明）
GL_DisableMultitexture（Idem）
R_RenderDlights（ライトバブル、ライトエフェクト）
R_DrawParticles（爆発、火、静的など）

R_SetupFrame

次の行に注目してください。
r_viewleaf = Mod_PointInLeaf（r_origin、cl.worldmodel）;
これは、Quakeエンジンがカメラが現在BSPに配置されているleaf/ノードを取得する場所です。

Mod_PointInLeafはmodel.cにあり、BSPを実行します（BSPルートはmodel-> nodesにあります）。

すべてのノードについて

ノードがスペースをさらに分割していない場合は、leafであり、したがって現在のノード位置として返されます。
そうでなければ、BSP分割平面が現在の位置に対してテストされ（単純なドットプロダクトを介してBSPツリーが訪問される通常の方法です）、一致する子が訪問されます。

R_MarkLeaves

BSP（R_SetupFrameで取得）、Lookup（Mod_LeafPVS）、およびPotential Visible Set（PVS。）の解凍（Mod_DecompressVis）でカメラ位置を保持する変数r_viewleaf
次に、ビットベクトルを反復し、BSPのPotentialy可視ノードに：node-> visframe = r_visframecountをマークします。

R_DrawWorld

Calls:
1. R_RecursiveWorldNode（BSPの世界を先頭に戻し、先にマークされていないノード（R_MarkLeaves経由）をスキップし、cl.worldmodel-> textures [] - > texturechainリストに適切なポリゴンを設定します）。
2. DrawTextureChains（テクスチャチェーンに格納されたポリゴンのリストを描画する：cl.worldmodel-> textures []を繰り返します。この方法では、1つのマテリアルにつき1つのスイッチしかありません。
3. R_BlendLightmaps（フレームバッファ内のライトマップをブレンドするために使用される2番目のパス）

注意：

この部分は、おそらく "アートの始まり"と考えられていた時点で、OpenGLの悪名高い "即時モード"を使用します。

R_RecursiveWorldNodeは、サーフェスカリングのほとんどが実行されている場所です。次の場合、ノードは破棄されます。

内容はSolidです。
LeafはPVS（ノード - > visframe！= r_visframecount）でマークされていませんでした。
leafはfrustrumクリッピングに失敗します。

MDL format

MDLフォーマットは固定フレームのセットです。Quakeエンジンは頂点の位置を補間してアニメーションを滑らかにしません（フレームレートを上げてもアニメーションが良く見えるわけではありません）。

Some elegant things

エレガントなリーフマーキング

レンダリングされるBSPのリーフをマークする単純なアプローチは、boolean isMarkedVisibleを各フレームの前に使用することです。

booleanをすべてfalseに設定します。
PVSを繰り返し、可視のleafをtrueに設定します。
その後、if（leave.isMarkedVisible）を指定してテストを終了します。

この代わりに、Quakeエンジンはフレームレンダリングされた（r_visframecount変数）の数をカウントするために整数を使用します。これにより、ステップ1を完全にスキップすることができます。

PVSを繰り返し、目に見えるleafを設定します。leafframe = r_visframecount
その後、if（leaf.visframe == r_visframecount）を指定してテストを終了します。

再帰回避

BSPを捜査し、現在の位置を取得するために、素早くダーティな再帰を行うのではなく、R_SetupFrameにあります：whileループが使用されています。

node = model->nodes;

    while (1)

    {

        if (node->contents < 0)

            return (mleaf_t *)node;

        plane = node->plane;

        d = DotProduct (p,plane->normal) - plane->dist;

        if (d > 0)

            node = node->children[0];

        else

            node = node->children[1];

    }

Minimize texture switchs

OpenGLでは、（glBindTexture（GL_TEXTURE_2D、id））経由のテクスチャのスイッチが非常にコストがかかります。スイッチ番号を最小にするために、rendition用にマークされたすべてのポリゴンは、ポリゴンのテクスチャマテリアルにインデックスされた配列チェーンに格納されます。

cl.worldmodel->テクスチャ[textureId] - >テクスチャチェーン[]

カリングが行われると、テクスチャチェーンが順番に描画されます。このようにN個のテクスチャスイッチがあり、Nはテクスチャの総数です。

int i;
for ( i = 0; i < cl.worldmodel->textures_num ; i ++)
      DrawTextureChains(i);

Quake Engine code review : Rendition (4/4)の和訳をしてみる