1. ShaderX6
3.7
Robust Order-Independent
Transparency via
Reverse Depth Peeling in DirectX 10
ohyecloudy http://ohyecloudy.com
shader studyhttp://cafe.naver.com/shader.cafe
2010.06.21

2. Introduction
Depth Peeling
Reverse Depth Peeling
Overview
Algorithm
Emulating Second Depth Buffer
Optimal # of Layers
Optimizations
Conclusion

3. Order-Independent Transparency
반투명 지오메트리를 정렬 없이 편하게 그리자
왜 고생하고 있나?
z-buffer는 fragment마다
entry 하나만 가지도록 설계됐음.

4. back-to-front order
전통적인 방식
카메라 공간에서
먼 지오메트리부터 가까운 지오메트리 순서로
정렬한다.
정렬하는 비용
공짜는 없다.
보통 CPU에서
bitonic 정렬같은 방법으로 GPU에서 할 수도 있음

5. back-to-front order 문제점
정렬이 per-object나 per-polygon 단위
per-pixel이 아니라서 visual artfact 존재
정렬한 순서대로 렌더링을 하기 때문에
모아 찍기가 불가능
shader switching이 많다.

6. per-object sorting
reverse depth peeling

7. Introduction
Depth Peeling
Reverse Depth Peeling
Overview
Algorithm
Emulating Second Depth Buffer
Optimal # of Layers
Optimizations
Conclusion

8. from google 사전
깊이depth를 귤 껍질 까듯이
하나하나 벗겨peeling
layer에 그린다.

9. back-to-front order
blend
반투명 폴리곤
반투명 폴리곤
반투명 폴리곤
반투명 폴리곤
반투명 폴리곤
Layer
Layer
Layer
Layer Render
Layer
Layer Target
정렬 안 하고 렌더링
사용하는 layer 수 만큼
layer 추출

10. per-pixel 반투명 평가 가능
visual artifact X
layer가 deferred shading에 있는
G-buffer와 닮았다.
layer는 video memory에 저장
몇 개야! 도대체
압박

11. Introduction
Depth Peeling
Reverse Depth Peeling
Overview
Algorithm
Emulating Second Depth Buffer
Optimal # of Layers
Optimizations
Conclusion

12. depth peeling 메모리 사용량을 줄이자
layer 하나만 사용
하나를 계속 업데이트해서 쓴다는 얘기.
layer가 하나란 개념이 아니다.
layer 추출하는 순서를 바꿨다.
depth peeling
front-to-back order로 layer를 추출
reverse depth peeling
back-to-front order로 layer를 추출

13. blend
반투명 폴리곤
반투명 폴리곤
반투명 폴리곤
반투명 폴리곤
반투명 폴리곤
Layer
Render
Target
layer 추출
정렬 안 하고 렌더링
사용하는 layer 수 만큼

14. layer = 1
(furthermost)
Render Target

15. layer = 2
Render Target

16. layer = 3
Render Target

17. layer = 4
(frontmost)
Render Target

18. Introduction
Depth Peeling
Reverse Depth Peeling
Overview
Algorithm
Emulating Second Depth Buffer
Optimal # of Layers
Optimizations
Conclusion

19. for (nLayer=0; nLayer<nRequiredLayers; ++nLayer)
{
BindDepthBuffer(0, pDepthBuffer[0], EnableWrites, GREATER);
Clear(pDepthBuffer[0], 0.0);
BindDepthBuffer(1, pDepthBuffer[1], DisableWrites, LESS);
SetRenderTarget(pCurrentTransparentLayer);
SetBlendMode(ONE, ZERO);
DrawTransparentGeometry();
SetTexture(pCurrentTransparentLayer);
SetRenderTarget(pMainRenderTarget);
SetBlendMode(SRCALPHA, INVSRCALPHA);
DrawFullscreenQuad();
SWAP(pDepthBuffer[0], pDepthBuffer[1]);
}

20. for (nLayer=0; nLayer<nRequiredLayers; ++nLayer)
{
BindDepthBuffer(0, pDepthBuffer[0], EnableWrites, GREATER);
Clear(pDepthBuffer[0], 0.0);
가장 멀리 있는 반투명 fragment를 판단하기 위한 depth buffer
BindDepthBuffer(1, pDepthBuffer[1], DisableWrites, LESS);
Z 값을 write. GREATER 비교
SetRenderTarget(pCurrentTransparentLayer);
GREATER로 비교하기 때문에 0.0으로 전체를 지운다.
SetBlendMode(ONE, ZERO);
DrawTransparentGeometry();
SetTexture(pCurrentTransparentLayer);
SetRenderTarget(pMainRenderTarget);
SetBlendMode(SRCALPHA, INVSRCALPHA);
DrawFullscreenQuad();
SWAP(pDepthBuffer[0], pDepthBuffer[1]);
}

21. for (nLayer=0; nLayer<nRequiredLayers; ++nLayer)
{
BindDepthBuffer(0, pDepthBuffer[0], EnableWrites, GREATER);
Clear(pDepthBuffer[0], 0.0);
BindDepthBuffer(1, pDepthBuffer[1], DisableWrites, LESS);
이전 layer에서 벗겨낸 지오메트리를 또 다시 안 벗겨내기 위해서
SetRenderTarget(pCurrentTransparentLayer);
back – to – front 순서로 벗겨내고 있는 것을 명심
SetBlendMode(ONE, ZERO);
LESS 비교
DrawTransparentGeometry();
제외시키기 위한 용도이므로 z값을 write하지 않는다.
SetTexture(pCurrentTransparentLayer);
SetRenderTarget(pMainRenderTarget);
SetBlendMode(SRCALPHA, INVSRCALPHA);
DrawFullscreenQuad();
SWAP(pDepthBuffer[0], pDepthBuffer[1]);
} 이번에 기록한 가장 먼 depth를
다음 루프에서 LESS 비교 값으로 사용하기 위해

22. for (nLayer=0; nLayer<nRequiredLayers; ++nLayer)
{
BindDepthBuffer(0, pDepthBuffer[0], EnableWrites, GREATER);
Clear(pDepthBuffer[0], 0.0);
BindDepthBuffer(1, pDepthBuffer[1], DisableWrites, LESS);
SetRenderTarget(pCurrentTransparentLayer);
SetBlendMode(ONE, ZERO);
DrawTransparentGeometry();
Layer에 반투명 지오메트리를 렌더링한다.
SetTexture(pCurrentTransparentLayer);
렌더 타겟에 blend 하기 위한 임시 렌더링
SetRenderTarget(pMainRenderTarget);
SetBlendMode(SRCALPHA, INVSRCALPHA);
DrawFullscreenQuad();
SWAP(pDepthBuffer[0], pDepthBuffer[1]);
}

23. for (nLayer=0; nLayer<nRequiredLayers; ++nLayer)
{
BindDepthBuffer(0, pDepthBuffer[0], EnableWrites, GREATER);
Clear(pDepthBuffer[0], 0.0);
BindDepthBuffer(1, pDepthBuffer[1], DisableWrites, LESS);
SetRenderTarget(pCurrentTransparentLayer);
SetBlendMode(ONE, ZERO);
DrawTransparentGeometry();
SetTexture(pCurrentTransparentLayer);
SetRenderTarget(pMainRenderTarget);
SetBlendMode(SRCALPHA, INVSRCALPHA);
DrawFullscreenQuad();
메인 렌더 타겟에 blend한다.
SWAP(pDepthBuffer[0], pDepthBuffer[1]);
}

24. Introduction
Depth Peeling
Reverse Depth Peeling
Overview
Algorithm
Emulating Second Depth Buffer
Optimal # of Layers
Optimizations
Conclusion

25. for (nLayer=0; nLayer<nRequiredLayers; ++nLayer)
{
BindDepthBuffer(0, pDepthBuffer[0], EnableWrites, GREATER);
Clear(pDepthBuffer[0], 0.0);
BindDepthBuffer(1, pDepthBuffer[1], DisableWrites, LESS);
...
}
잠깐!
DepthBuffer 0,1번 인덱스에 바인딩?
이런 게 있나?

26. 있으면 좋겠지만 그런 거 없다
단지 Pseudo-code일뿐
두 번째 테스트
depth 값을 비교해서 버림
쓰는 작업이 없기 때문에 구현이 간단

27. struct PS_INPUT
{
float4 vPosition : SV_POSITION;
float2 vTex : TEXCOORD0;
};
Texture2D txInputDepth;
float4 PSRenderObjects(PS_INPUT intput) : SV_TARGET
{
// Fetch depth value from 2nd depth buffer
float fDepth =
txInputDepth.Load(int3(input.vPosition.xy, 0));
// Discard fragment if LESS depth test failes
float f = (fDepth <= input.vPosition.z);
flip(-f);
// calculate color and alpha etc
...
}

28. Introduction
Depth Peeling
Reverse Depth Peeling
Overview
Algorithm
Emulating Second Depth Buffer
Optimal # of Layers
Optimizations
Conclusion

29. Layer를 몇 개 쓰면 될까?
간단한 답
depth complexity로 layer 개수를 정한다.
DirectX9::GetDepthComplexity()
현재 장면 깊이 복잡도를 구하는 함수
이런 게 있으면 얼마나 좋을까?
있을 리가 없다.
Layer 개수를 정해서 사용
어느 정도 visual error 감수
좀 더 나은 방법이 없을까?

30. Occlusion Queries
pixel이 depth test를 통과했는지 못했는지
알 수 있다.
ID3D10Query::Begin() ~ ID3D10Query::End()
ID3D10Query::GetData()
• depth 테스트를 통과한 pixel 개수를 알 수 있다.
Dynamic하게 layer 개수를 조정할 수 있겠다.

31. Occlusion Queries
픽셀이 안 남을 때까지 peeling
원칙적으로는 맞다
성능을 높이려면 threshold를 둬서 그만 둠
데모에선 threshold 값으로 0.01% 사용

32. Introduction
Depth Peeling
Reverse Depth Peeling
Overview
Algorithm
Emulating Second Depth Buffer
Optimal # of Layers
Optimizations
Conclusion

33. Transform
반투명 지오메트리를 layer마다
stream-out
Direct3D 10
트랜스폼된 지오메트리를 버퍼에 저장
다시 사용할 수 있다
결국 트랜스폼은 한 번만 해서 여러번 사용

34. Fill-Rate
dynamic branch를 사용
float fDepth = txInputDepth.Load(int3(input.vPosition.xy, 0));
if (input.vPosition.z < fDepth)
{
// Depth test passes
// calculate color and alpha etc..
}
else
{
// Emulated depth test fails. kill fragment
discard;
}

35. Introduction
Depth Peeling
Reverse Depth Peeling
Overview
Algorithm
Emulating Second Depth Buffer
Optimal # of Layers
Optimizations
Conclusion

36. depth peeling,
reverse depth peeling 개념 정리
DirectX 10은 되야지 쓸만할 것 같다.
직접 써봐야지 평가할 수 있을 것 같음
아직까짂 가장 현실적인 해결책은
전통적인 방법으로 sorting
품질을 좀 양보하면 Alpha to coverage