Hardware Tessellation

💡 Tesselation Stages
: DX11에서 처음 등장

• GPU가 primitive 를 굉장히 작은 많은 것들로 decompose하는 것을 enable해주는 것
  

• Hull Shader

• Tesselator : hardware wired

  • 엄청나게 빠르고 정해진 일을 한다.
  • 프로그래밍 불가
  • 앞뒤로 프로그래머가 후처리

• Domain Shader

🖤 Hull Shader

Tessellator가 어떻게 쪼개야 하는지 필요한 정보를 넘겨주는 단계

A programmable shader stage that produces a geometry patch (and patch constants) that correspond to each input patch (quad, triangle, or line).

🖤 Tessellator

더 세밀한 표현을 위해 더 작은 vertex를 생성하는 단계

A fixed function pipeline stage that creates a sampling pattern of the domain that represents the geometry patch and generates a set of smaller objects (triangles, points, or lines) that connect these samples.

• Tessellator는 패치를 세분화하고 barycentric coordinates로 나타낸 작은 점, 선, 삼각형 등의 요소들을 생성한다.
• Tessellator는 항상 하나의 입력(barycentric coordinates)과 하나의 출력(정점)을 가지므로, Vertex Shader 와 유사한 역할을 한다.

→ inner tesslation level과 outer tesslation level을 이용

🖤 Domain Shader

Tessellator에서 생성한 최종 vertex position을 생성하는 단계

A programmable shader stage that calculates the vertex position that corresponds to each domain sample.

The Domain shader takes vertex positions passed from the Hull shader, as the control points of a bilinear patch

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Why we add Tesselation Stages?

💡 이 과정의 가장 큰 장점!

처음부터 cpu에서 high resolution으로 gpu에 올리려고 하면 병목 현상이 발생한다. 그러나 테셀레이션을 사용하면 데이터 버스에서 오는 병목현상을 줄이면서 고해상도로 구현이 가능한 것이다.

Displacement(정점의 이동) Mapping

nomal mapping 의 단점을 보안하고자 등장했다.

• nomal mapping에서는 실제로 geometry를 바꾸는 것이 아니라 fake를 쓰는 것이었다. 그렇기 때문에 결과가 드라마틱하게 좋아지진 않았는데 이런 문제를 해결할 수 있다.
• 텔레이션을 이용해 base surfaces를 잘게 쪼갠다
  → 삼각형이 잘라져 나온다. 정점들이 생성된다. 정점을 위로 올려 디테일을 표현하게 된다.
  
• Tesslation으로 정점을 만들고 Displacement Mapping에서 이것을 끌어 올린다.

The input is called a patch or base surface. It is either a triangle or a quad.

포장 도로 예시에서 Hull Shader 는 quad를 인풋으로 받는다. 그 다음에 Domain Shader 로 넘겨주는데 이과정에서 Tesslator 를 통과한다.

Hull Shader는 tessellation levels을 결정한다

• tessellation levels : 쪼갤 레벨

Hull Shader ⇒테셀레이터를 컨트롤 하는 셰이더

테셀레이터는 그 명령을 받아 쪼갠다.

Domain Shader는 정점에 접근해 x, y 좌표를 정한 다음에 height map에 높이값대로 z값을 정한다.

그러면 울퉁불퉁함을 nomal mapping 보다 더욱 사실젇으로 위의 그림처럼 표현이 가능하다.

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Vertex Shader and Hull Shader

Vertex shader no longer handles the space change.

"VS → Hull Shader → PS" 에서는 space change를 하면 안 된다. VS 이후 단계에서 정점이 더 생기기 때문이다(?). 전부 배치를 한 다음에 Domain Shader를 통해서 스페이스 체인지까지 해버린다.

⇒ GPU Pipeline의 친구들이 역할이 정해져 있는 것이 아니다. 거기서 하는 것이 가장 효율적이라 거기에 있는 것이다. 만약에 다른 단계가 더 효율적이라 느껴지면 가차없이 옮겨 버린다. 이 파이프라인들이 어떤 맥략에서 이 일을 하는 것인지 판단해야 한다.

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🖇 Reference

해당 포스트는 강형엽 교수님의 게임그래픽프로그래밍 [GGP-23-1] 수업을 수강하고 정리한 내용입니다. 잘못된 내용이 있다면 댓글로 알려주시면 감사하겠습니다😊

[Tesslation Stages]https://learn.microsoft.com/en-us/windows/win32/direct3d11/direct3d-11-advanced-stages-tessellation