Exploitation et bilan

Exploitation : transparence indépendante de l’ordre

Toutes ces considérations techniques sont bien jolies mais en pratique à quoi ça sert ? Les possibilités sont vastes mais dans le domaine du jeu on peut envisager plusieurs scénarios : la gestion de la physique sur le GPU évidemment, le traitement d’image avec des performances supérieures à celles obtenues dans un pixel shader ou encore des algorithmes de rendu entièrement nouveaux comme le Raytracing, le Raycasting de voxels ou un rendu à base de micropolygones de type REYES.

Toutefois il ne faut pas s’attendre à voir ce genre de bouleversements se produire de sitôt. Plus proche de nous, AMD a présenté une démo particulièrement intéressante de rendu de transparence indépendante de l’ordre.

C’est un problème majeur dans le cadre de la 3D temps réel auquel aucune solution vraiment satisfaisante n’a été proposée. Essayons de comprendre un peu mieux ce qui se passe. Comme vous le savez le GPU prend en entrée une « soupe » totalement désordonnée de triangles et en effectue le rendu un triangle après l’autre. Pour être sûr que le rendu soit correct, le GPU se base sur l’algorithme du ZBuffer qui stocke une valeur de profondeur par pixel, le GPU ne dessine donc un triangle que s’il est plus proche de la caméra. Dans le cas d’un rendu totalement opaque cette solution fonctionne parfaitement mais dés lors qu’il y a des transparences l’algorithme du ZBuffer montre ses limites.

En effet lorsqu’un triangle transparent est rendu, s’il inscrit sa valeur de profondeur dans le ZBuffer tous les triangles qui sont derrière lui et devraient être visibles seront masqués, le rendu sera donc incorrect. Pour limiter ce problème une façon simple de précéder consister à effectuer le rendu de tous les triangles opaques dans un premier temps, puis de désactiver les écritures dans le ZBuffer et d’effectuer ensuite le rendu des triangles transparents. Le résultat n’est toujours pas correct car les triangles transparents ne sont toujours pas correctement ordonnés entre eux, le blending n’étant pas une opération commutative, mais au moins l’interaction avec les triangles opaques est exacte.

Pour obtenir un rendu parfait des surfaces transparentes il n’existe pas beaucoup de solution : l’une d’entre elle consiste à trier les triangles transparents sur le processeur et effectuer le rendu des plus éloignés vers les plus proches. Mais c’est extrêmement couteux car il faut le faire à chaque frame et de plus dans le cas d’interpénétrations de triangles le tri n’est pas correct. Des algorithmes ont donc été mis en place pour résoudre ce problème. L’un d’entre eux particulièrement original s’appelle le Depth Peeling. Il consiste à « éplucher » les surfaces transparentes les unes après les autres, et à les stocker dans des tampons intermédiaires avant de tout recombiner dans le bon ordre dans une dernière passe. Si obtenir la couleur du pixel le plus proche de la caméra est simple avec un ZBuffer, obtenir la valeur du second pixel le plus proche de la caméra est plus compliqué. L’algorithme repose donc sur l’emploi de deux tests Z par pixel : l’un traditionnel et le second afin d’éliminer les pixels déjà rendus jusqu’à présent.  En d’autres termes on demande le pixel le plus proche de la caméra mais qui soit aussi plus éloigné de la caméra que celui que j’ai rendu lors de la passe précédente.

Comme il n’y a qu’un seul ZBuffer, l’algorithme détourne les depth map qui sont traditionnellement utilisées pour le rendu des ombres, afin de simuler un second test Z par pixel. Cette technique offre de bons résultats visuellement parlant mais comme tout algorithme multi-passes il s’avère relativement coûteux. De plus il impose d’utiliser plusieurs buffers pour stocker les résultats intermédiaires ce qui représente une place considérable en mémoire (dont une grande partie est gâchée) si beaucoup de surfaces transparentes se recouvrent. Cette solution ne s’est donc pas vraiment imposée.

Une autre approche, cette fois compatible avec les GPU DirectX 10 seulement,  consiste à détourner le rôle des samples d’antialiasing pour stocker les couleurs des différentes surfaces transparentes recouvrant ce pixel avant d’effectuer ensuite une passe pour les trier dans le bon ordre. Cette technique appelée stencil routed A Buffer offre là encore des résultats visuellement satisfaisants mais présente plusieurs limites. En particulier le nombre de surfaces transparentes se recouvrant est limitée par le nombre de samples disponibles par pixel, c'est-à-dire généralement 8, pour obtenir plus de niveaux de transparences il faut donc effectuer plusieurs passes de géométrie. De plus en réutilisant les samples d’antialiasing cette technique est incompatible avec ce filtre.

Avec Direct3D 11 AMD a présenté une nouvelle technique de rendu de la transparence indépendante de l’ordre. Elle repose sur l’utilisation des Append Buffers et des instructions atomiques des Compute Shaders pour stocker, puis trier l’ensemble des surfaces transparentes par pixel. Les résultats obtenus sont intéressants : malgré la superposition de jusqu’à 64 niveaux de transparence par pixel, et plus de 600 000 polygones en tout, le framerate reste interactif.

Bilan

Avec le RV870 AMD a procédé à une mise à niveau importante de son GPU haut de gamme en doublant la plupart des unités : unités de calcul, unités de texture et ROP, ce qui devrait lui permettre de ravir à nouveau la couronne des performances (ce qui ne lui était pas arrivé depuis un moment avec une carte mono GPU). Mais les ingénieurs ne se sont pas arrêtés là et en ont profité pour apporter le support de la dernière API de Microsoft : Direct3D 11.

Le résultat de toutes ces améliorations est un GPU offrant des performances solides, le tout avec une consommation maîtrisée et le support des derniers raffinements 3D ce qui devrait lui assurer une certaine pérennité. Difficile de critiquer le travail des ingénieurs d’AMD donc même si au fond de nous nous sommes un peu déçus de voir au final si peu de modifications apportées à l’architecture générale. C’est compréhensible car celle-ci a déjà fait ses preuves avec le RV770 mais depuis plusieurs années on ne peut s’empêcher de se dire que le petit monde de la 3D ronronne : le GT200 n’était qu’une évolution du G80 mettant l’accent sur les performances brutes, et le RV870 se place un peu dans la même optique même s’il a pour lui le support de Direct3D 11. Espérons que l’arrivée de Larrabee relance la concurrence dans le domaine et incite NVIDIA et AMD à nous proposer des architectures un peu plus exotiques, il reste encore tellement à explorer dans le domaine de la 3D temps réel !

Mais pour un joueur ce type de considérations ne doit pas entrer en ligne de compte, tout ce qu’il faut retenir de cette nouvelle puce est qu’elle est armée pour les jeux de demain : que demander de plus ?