Stencil Buffer/2

Reflexionen & andere dreckige Tricks

Desweiteren kann man Stencil Buffers sehr gut zur Erzeugung von Reflexionen einsetzen. Was ohne Stencil Buffer zur Qual werden kann, da sich das Objekt eventuell auch an Stellen reflektiert, wo man es gar nicht haben möchte, geht mit Stencil Buffering ganz einfach. Man markiert einfach diejenigen Polygone, auf welchen das Spiegelbild sichtbar sein soll.

Pixel der Bodenpolygone werden markiert, somit spiegelt sich der Dino nur auf der Fläche anstatt über den Rand hinaus in die Luft

Wendet man die Reflexion rekursiv immer wieder an, kann man sehr schöne "Spigelbild im Spiegelbild" - Effekte erreichen. Dazu benötigt man aber entsprechend mehr Stencil Bits je nach gewünschter Reflexionstiefe

Volumerische Echtzeitschatten und Reflexionen sind zwei Anwendungsmöglichkeiten des 8bit - Stencil Buffers, kreativen Spieleentwicklern dürften sicher noch einige Tricks einfallen. Unter anderem lassen sich damit auch ganz unstektakuläre Dinge erledigen wie beispielsweise das Messen der Tiefenkomplexität in einem Spiel (Tiefenkomplexität = Wieviel unnütze Arbeit pro Frame erledigt wird / Wie oft ein Pixel während dem Rendern übermalt wird, bei Q3A ca. 3.5 - 4 mal). Weitere Tricks mit Stencil Buffern wären die Verhinderung von Polygonflackern (z-Fighting) bei co - planarer Geometrie (Dreiecke welche sich eigentlich auf derselben Fläche befinden und abwechselnd erscheinen und verschwinden) sowie berechenbare Objekte (Constructive Solid Geometry, z.B. Würfel geschnitten mit Kugel oder andere aus der Mengenlehre bekannte Operationen) oder auch "Leucht - Effekte" (Halo Effekt), indem man das Objekt mit Stencil Buffer zeichnet, vergrössert und dann nochmals halbtransparent dort zeichnet, wo keine Stencil - Werte gesetzt sind.

Weitere Stencil Buffer - Tricks (Z-Fighting verhindern, Halo Effekt)

Features konkret: Wer hat ihn - wer nicht

Folgende Chips bieten einen Hardware - Stencil - Buffer:

3DLabs Permedia 3 (8 bit)
ATi Rage 128 (8 bit)
ATi Rage 128 PRO (8 bit)
Bitboys Glaze3D (8 bit)
Matrox G400 / G400 MAX (8 bit)
nVidia RivaTNT (8 bit)
nVidia RivaTNT2 / RivaTNT2 Ultra (8 bit)
nVidia VANTA (8 bit)
S3 Savage4 GT / Extreme / Pro (8 bit)
S3 Savage 3D (1 bit)

Man darf davon ausgehen, dass sämtliche Chips, die nach diesen hier aufgelisteten Chips angekündigt werden, einen Stencil Buffer bieten. 3dfx - Karten bis und mit Voodoo 3 sowie der PowerVR 250 (R.I.P?) bieten keinen Stencil Buffer in Hardware. Beim Voodoo 3 hat 3dfx aber scheinbar in den OpenGL - Treibern eine Emulation eingebaut (siehe Screenshot aus Quake III Arena Test).

Wer nutzt ihn?

Prinzipiell steht der Stencil Buffer allen Direct3D 6 und OpenGL - Entwicklern offen. Bisher haben sich allerdings noch nicht so viele für die Nutzung dessen entschlossen, obwohl die dafür notwendigen Softwaretechniken zumindest für OpenGL seit Jahren bekannt sind. Die Entwicklung neuer 3D - Engines verschlingt mitunter mehrere Jahre, so dass die Softwaretitel mit der Unterstützung der aktuellsten Features nur tröpfchenweise erscheinen.

EPIC Megagames Unreal Tournament
id software Quake III
ArenaRage Expendable

Hardwareanforderungen

Stencil Buffer - Effekte gehen nicht immer ganz ohne Leistungsverlust über die Bühne, wie dies manche Anpreisungen vorgaukeln mögen. Neben der nötigen Unterstützung eines Stencil Buffers sollte man sich folgende Kombinationen merken. Die meisten 3D-Beschleuniger ermöglichen heute einen genauen 32bit z-Buffer. Beim gleichzeitigen Einsatz des Stencil Buffers kann man heute aber maximal 24bits für den z-Buffer verwenden, da die restlichen 8 bits dem Stencil Buffer reserviert bleiben. Damit gilt das beim Einsatz des Stencil Buffers immer 32bit's in den z-/Stencil Buffer geschrieben werden, im Gegensatz zu den 16bits welche normalerweise beim z - Buffer verwendet werden. Damit verdoppelt sich die nötige z-Buffer - Bandbreite. Bei unserer Berechnung lassen wir allerdings die gestiegene Z-Buffer Bandbreite beim Schreiben des Z - Buffers einmal ausser Betracht und beschränken uns lediglich auf den reinen Aufwand durch Stencil Buffers

Für Stencil Buffering müssen zusätzliche Dreiecke von Chip verarbeitet werden, zudem benötigen Stencil Buffering Effekte zusätzliche Bandbreite - das zur Zeit kostbarste Gut auf einer 3D - Karte. Zusätzlich zum Rendern der Schattendreiecke (Lesen z-Buffer und Schreiben Stencil Buffer) muss später erneut der ganze Stencil Buffer gelesen werden (X - Auflösung * Y - Auflösung * 8bit) sowie der Framebuffer zusätzlich einmal gelesen UND geschrieben werden. Bei der Annahme von 25% Schatten auf dem Bildschirm käme somit folgende vereinfachte Rechnung zustande:

( X - Auflösung * Y - Auflösung * 8bit (=1 byte) * Schattenabdeckung [0-100, Annahme 25%] * Overdraw * Framerate * Anzahl berücksichtigter Lichtquellen) [Stencil Buffer Schreiben] + ( X - Auflösung * Y - Auflösung * 24bit (= 3 byte) * Overdraw * Framerate * Anzahl berücksichtigter Lichtquellen) [Z - Test]

d.h. bei 1024x768 und 30 fps:

(1024 * 768 * 1 * 0.25 * 3.5 * 30/s * 1) + (1024 * 768 * 3 * 3.5 * 30/s * 1) = 268 MB /s

Schattenerzeugung:

Lesen Stencil Buffer, Lesen Framebuffer, Schreiben Framebuffer

X - Auflösung * Y - Auflösung * 8bit + X - Auflösung * Y - Auflösung * 32bit (4 byte) * Schattenabdeckung * Framerate * 2

d.h. bei 1024x768 xTrueColor und 30 fps:

1024 * 768 * 1 * 30/s + 1024 * 768 * 4 * 0.25 * 30/s * 2 = 70.77 MB/s

70.7 MB/s + 268 MB/s = 338.7 MB /s.

Die Bandbreite für den Stencil Buffer alleine erscheint somit nicht sonderlich hoch, doch da eigentlich alle 3D - Karten sowieso an der Grenze des Speicherinterfaces arbeiten, können diese zusätzlichen Daten durchaus ins Gewicht fallen, vor allem bei Karten, welche in Sachen Speicherbandbreite sowieso unterdimensioniert sind (TNT und Rage128 - Karten sowie viele normale TNT2 - Karten). Der Hauptgrund für die Leistungseinbusse ist auf die gestiegene z-Buffer Bandbreite zurückzuführen und nicht auf den Anteil des Stencil Buffers.

www.3dconcept.net

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