Zファイティング

Zファイティングは、スティッチングやプレーンファイティングとも呼ばれ、2つ以上のプリミティブがカメラからの距離が非常に近い場合に発生する3Dレンダリングの現象です。これにより、深度を追跡するZバッファで、それらのプリミティブの値がほぼ同様または同一になります。つまり、特定のピクセルをレンダリングするときに、そのピクセルに2つのプリミティブのどちらが描画されるかがあいまいになります。これは、Zバッファがどちらが他方から遠いかを正確に区別できないためです。^[1] 1つのピクセルが明確に近い場合は、より近い方のピクセルが破棄される可能性があります。これは、2つの面が基本的に同じ空間を占め、どちらも前面にない共面ポリゴンで特によく見られます。その結果、影響を受けるピクセルは、Zバッファの精度によって決定される方法で、1つのポリゴンまたは他のポリゴンからのフラグメントで任意にレンダリングされます。また、シーンやカメラが変更されると、あるポリゴンが Z テストで「勝ち」、次に別のポリゴンが勝ち、というように変化することもあります。全体的な影響は、画面のピクセルの色をめぐって「争う」 2 つのポリゴンのちらつきやノイズの多いラスタライズです。この問題は通常、サブピクセル精度の制限、浮動小数点および固定小数点の丸め誤差によって発生します。

使用する Z バッファの精度が高ければ高いほど、Z ファイティングが発生する可能性は低くなります。ただし、共面ポリゴンの場合は、修正措置を講じない限り、この問題は避けられません。

近いクリップ プレーンと遠いクリッププレーンの距離が長くなると、特に近いプレーンが目の近くで選択されると、プリミティブ間の Z ファイティングが発生する可能性が高くなります。大規模な仮想環境では、遠くの可視性と前景の可視性を解決する必要性の間に必然的に矛盾が生じます。そのため、たとえば宇宙飛行シミュレーターで、遠くの銀河がスケール通りに描画された場合、視聴者は前景のコックピット ジオメトリの可視性を解決する精度を持ちません (ただし、Z バッファ レンダリングの前は、数値表現でも問題が生じます)。これらの問題を軽減するために、Z バッファの精度は近いクリップ プレーンに重点が置かれますが、これはすべての可視性スキームに当てはまるわけではなく、すべての Z ファイティングの問題を排除するには不十分です。

Zファイティングは、高解像度のデプスバッファを使用するか、いくつかのシナリオではZバッファリングを使用するか、または単にポリゴンをさらに離すことによって軽減できます。^[2]この方法では完全に排除できないZファイティングは、多くの場合、ステンシルバッファを使用するか、または1つのポリゴンに、画面に投影された形状には影響せず、ピクセル補間および比較中の重複を排除するためにZバッファ値に影響する、変換後のスクリーン空間Zバッファオフセットを適用することによって解決されます。Zファイティングが、同じジオメトリに対してハードウェア内の異なる変換パスによって発生する場合（たとえば、マルチパスレンダリング方式の場合）、ハードウェアに不変頂点変換を使用するように要求することで解決できる場合があります。

深度バッファの精度不足によって生じる Z ファイティングは、ワールド内の可視距離を短くするだけで解決できます。これにより、近距離と遠距離の平面間の距離が短くなり、精度の問題が解決されます。ただし、宇宙シミュレータやフライト シミュレータなど、長距離の可視性が不可欠であったり、可視性の低下が信じ難い特定の仮想環境では、これは不可能です。このような場合には、代替手法が存在します。これらの手法の 1 つは、ユーザーから遠く離れたオブジェクトの距離を、実際に位置を変えずに「シミュレート」することです。たとえば、最大安全ビュー距離 (Z ファイティングが発生する距離) が 10,000 単位で、レンダリングするオブジェクトが 15,000 単位離れている場合、そのオブジェクトは 10,000 単位でレンダリングできますが、移動した距離に比例して縮小できます。したがって、半分に縮小されたオブジェクトは、実際の 2 倍の距離にあるように見えます。これを最大視距離に近い、または最大視距離にあるオブジェクトに対してのみ実行し、ユーザーに近いオブジェクトは通常どおりレンダリングされる場合、この手法は目立たないはずです。Z ファイティングを軽減または完全に排除するために使用される別の手法は、対数 Z バッファに切り替えて Z を反転することです。この手法は、ゲームGrand Theft Auto Vで使用されています。浮動小数点数は、エンコード方法により、0 に近いほど精度が高くなります。ここで、Z を反転すると、非常に遠いオブジェクトの深度を格納するときに精度が高くなり、Z ファイティングが大幅に削減されます。^[3]