順序に依存しない透明性

順序に依存しない透明度(OIT) は、アルファ合成のためにソートされた順序でジオメトリをレンダリングする必要のない、3D シーンで透明度をレンダリングするためのラスタライズ コンピュータ グラフィックスの技術のクラスです。

一般的に、透明度のある 3D ジオメトリは、すべてのサーフェスを (アルファ合成を使用して) 単一のバッファ (キャンバスと考えてください) にブレンドすることによってレンダリングされます。各サーフェスは既存の色を遮蔽し、アルファ値 (光透過率の比率) に応じて独自の色を追加します。サーフェスがブレンドされる順序は、各サーフェスの全体的な遮蔽または可視性に影響します。正しい結果を得るには、アルファ合成操作 (上または下)に応じて、サーフェスを最も遠いものから最も近いものに、または最も近いものから最も遠いものにブレンドする必要があります。順序付けは、ソートされた順序でジオメトリをレンダリングすることによって実現できます (たとえば、三角形を深度でソートする)。ただし、これにはかなりの時間がかかり、常にソリューションが生成されるわけではなく (交差または円形に重なり合うジオメトリの場合)、実装が複雑です。代わりに、順序に依存しない透明度は、ラスタライズ後にピクセルごとにジオメトリをソートします。正確な結果を得るには、ソートおよび合成の前にすべてのフラグメントを保存する必要があります。

Aバッファは、1984 年に導入されたコンピュータ グラフィックス技術であり、元々アンチエイリアシング用に設計されたものですが、透明性もサポートするソフトウェア ラスタライザーREYESに、フラグメント データ (マイクロポリゴン情報を含む) のピクセル単位のリストを保存します。

最近では、 2001 年にデプス ピーリング^[1]でハードウェア アクセラレーションによる OIT 技術が紹介されました。グラフィックス ハードウェアの制限により、シーンのジオメトリを何度もレンダリングする必要がありました。その後、デプス ピーリングのパフォーマンスを向上させるために、多数のパス レンダリング制限が残るいくつかの技術が開発されました。たとえば、Dual Depth Peeling (2008) などがあります。^[2]

2009 年に、GPU ハードウェア/ドライバー/グラフィックス API に 2 つの重要な機能が導入され、これまでは不可能だった、シーンの単一のレンダリング パスでフラグメント データをキャプチャして保存できるようになりました。これは、シェーダーとアトミック操作から任意の GPU メモリに書き込む機能です。これらの機能により、シーンのジオメトリのレンダリング パスを何度も必要としない、新しいクラスの OIT テクニックが可能になりました。

• 1つ目はフラグメントデータを3D配列に格納することである^[3] 。フラグメントは各ピクセルx/yのz次元に沿って格納される。実際には、シーンの深度複雑さは通常不均一であるため、3D配列の大部分は使用されないか、オーバーフローする。オーバーフローを回避するために、3D配列には大量のメモリが必要であり、多くの場合非現実的である。
• このメモリ オーバーヘッドを削減する方法は 2 つあります。
  1. 3D配列をプレフィックスサムスキャンでパックする、または線形化すると、^[4]未使用メモリの問題は解消されますが、ジオメトリの深度複雑度の計算レンダリングパスが必要になります。「スパース性を考慮した」 Sバッファ、動的フラグメントバッファ^{[5] 、} 「deque」 Dバッファ^{[引用が必要]}、線形化されたレイヤードフラグメントバッファ^[6]はすべて、プレフィックスサムスキャンでフラグメントデータをパックし、OITで実証されています。
  2. ピクセルごとのリンクリスト^[7]にフラグメントを格納すると、このデータがしっかりとパックされ、2011年後半にはドライバーの改良によりアトミック操作の競合オーバーヘッドが削減され、この技術は非常に競争力のあるものになりました。^[6]

OIT は近似ではなく正確であり、最終的な色を正確に計算します。そのためには、すべてのフラグメントをソートする必要があります。深度が複雑なシーンでは、ソートがボトルネックになります。

ソート段階の問題の1つは、ローカルメモリの占有量が限られていることです。この場合、これはGPUのスループットと操作遅延の隠蔽に関連するSIMT属性です。後方メモリ割り当て^[8]（BMA）は、ピクセルを深度複雑度でグループ化し、バッチでソートして占有量を改善し、深度複雑度が高い可能性のあるシーンのコンテキストで深度複雑度の低いピクセルのパフォーマンスを向上させます。全体的なOITパフォーマンスが最大3倍向上すると報告されています。

ソートは通常ローカル配列内で実行されますが、GPUのメモリ階層を利用し、レジスタ内でソートすることで、特にBMAと組み合わせた外部マージソートと同様に、パフォーマンスをさらに向上させることができます。 ^[9]

近似 OIT 技術は、正確なレンダリングの制約を緩和して、より高速な結果を提供します。すべてのフラグメントを保存する必要がないため、またはジオメトリを部分的にのみソートするだけで済むため、パフォーマンスが向上します。フラグメント データを 圧縮または削減する技術も多数あります。これには次のものが含まれます。

• 確率的透明化：完全な不透明度で高解像度で描画しますが、一部のフラグメントを破棄します。その後、ダウンサンプリングによって透明化が実現されます。^[10]
• 適応型透過性^[11]は2パスの技術で、最初のパスではオンザフライで圧縮する可視性関数を構築し（この圧縮によりフラグメントを完全にソートする必要がなくなります）、2番目のパスではこのデータを使用して順序付けられていないフラグメントを合成します。Intelのピクセル同期^[12]はすべてのフラグメントを保存する必要性を回避し、他の多くのOIT技術で必要な無制限のメモリ要件を排除します。
• 重み付けブレンド順序非依存透明度は、オーバー演算子を可換近似に置き換えました。重みに深度情報を入力すると、視覚的に許容できる遮蔽が生成されます。^[13]

• セガドリームキャストゲームコンソールには自動OITのハードウェアサポートが含まれていました。^[14]

• アルファ合成
• 透明性（グラフィック）
• アルファからカバレッジまで