Как вычислить глубину пиксельного шейдера для отображения круга, нарисованного на точечном спрайте, как сферы, которая будет пересекаться с другими объектами?

в техника

для того, чтобы записать глубину "сферы", вам нужно рассчитать радиус сферы в координатах глубины - то есть, насколько толстой является половина сферы. Затем эту сумму можно масштабировать по мере записи каждого пикселя на сфере на расстояние от центра сферы.

для расчета радиуса в координатах глубины:

• вершинный шейдер: в неспроектированным координатах сцены бросают Луч из глаз через центр сферы (то есть вершину, представляющую точечный спрайт) и добавьте радиус сферы. Это дает вам точку, лежащую на поверхности сферы. Проецируйте как вершину спрайта, так и новую вершину поверхности сферы и вычислите глубину (z/w) для каждой. Другое значение глубины вам нужно.

• Пиксельный Шейдер: чтобы нарисовать круг, вы уже вычислить нормированное расстояние от центра спрайта, используя clip в не рисовать пиксели вне круга. Поскольку он нормализован (0-1), умножьте это на глубину сферы (которая является значением глубины радиуса, т. е. пикселя в центре сферы) и добавьте к глубине самого плоского спрайта. Это дает глубину самую толстую в центре сферы до 0 и края, следующего за поверхностью сферы. (В зависимости от того, насколько точно вам это нужно, используйте Косинус, чтобы получить изогнутую толщину. Я нашел, что линейный дал отлично выглядящий результаты.)

код

это не полный код, так как мои эффекты для моей компании, но код здесь переписан из моего фактического файла эффекта, опуская ненужные / проприетарные вещи, и должен быть достаточно полным, чтобы продемонстрировать технику.

вершинный шейдер

void SphereVS(float4 vPos // Input vertex,
   float fPointRadius, // Radius of circle / sphere in world coords
   out float fDXScale, // Result of DirectX algorithm to scale the sprite size
   out float fDepth, // Flat sprite depth
   out float4 oPos : POSITION0, // Projected sprite position
   out float fDiameter : PSIZE, // Sprite size in pixels (DX point sprites are sized in px)
   out float fSphereRadiusDepth : TEXCOORDn // Radius of the sphere in depth coords
{
    ...
   // Normal projection
   oPos = mul(vPos, g_mWorldViewProj);

   // DX depth (of the flat billboarded point sprite)
   fDepth = oPos.z / oPos.w;

   // Also scale the sprite size - DX specifies a point sprite's size in pixels.
   // One (old) algorithm is in http://msdn.microsoft.com/en-us/library/windows/desktop/bb147281(v=vs.85).aspx
   fDXScale = ...;
   fDiameter = fDXScale * fPointRadius;

   // Finally, the key: what's the depth coord to use for the thickness of the sphere?
   fSphereRadiusDepth = CalculateSphereDepth(vPos, fPointRadius, fDepth, fDXScale);

   ...
}

все стандартные вещи, но я включить его, чтобы показать, как он используется.

ключевой метод и ответ на вопрос есть:

float CalculateSphereDepth(float4 vPos, float fPointRadius, float fSphereCenterDepth, float fDXScale) {
   // Calculate sphere depth.  Do this by calculating a point on the
   // far side of the sphere, ie cast a ray from the eye, through the
   // point sprite vertex (the sphere center) and extend it by the radius
   // of the sphere
   // The difference in depths between the sphere center and the sphere
   // edge is then used to write out sphere 'depth' on the sprite.
   float4 vRayDir = vPos - g_vecEyePos;
   float fLength = length(vRayDir);
   vRayDir = normalize(vRayDir);
   fLength = fLength + vPointRadius; // Distance from eye through sphere center to edge of sphere

   float4 oSphereEdgePos = g_vecEyePos + (fLength * vRayDir); // Point on the edge of the sphere
   oSphereEdgePos.w = 1.0;
   oSphereEdgePos = mul(oSphereEdgePos, g_mWorldViewProj); // Project it

   // DX depth calculation of the projected sphere-edge point
   const float fSphereEdgeDepth = oSphereEdgePos.z / oSphereEdgePos.w;
   float fSphereRadiusDepth = fSphereCenterDepth - fSphereEdgeDepth; // Difference between center and edge of sphere
   fSphereRadiusDepth *= fDXScale; // Account for sphere scaling

   return fSphereRadiusDepth;
}

пиксельный шейдер

void SpherePS(
   ...
    float fSpriteDepth : TEXCOORD0,
    float fSphereRadiusDepth : TEXCOORD1,
    out float4 oFragment : COLOR0,
    out float fSphereDepth : DEPTH0
   )
{
   float fCircleDist = ...; // See example code in the question
   // 0-1 value from the center of the sprite, use clip to form the sprite into a circle
   clip(fCircleDist);    

   fSphereDepth = fSpriteDepth + (fCircleDist * fSphereRadiusDepth);

   // And calculate a pixel color
   oFragment = ...; // Add lighting etc here
}

этот код пропускает освещение и т. д. Чтобы вычислить, как далеко пиксель находится от центра спрайта (чтобы получить fCircleDist) см. пример кода в вопрос (вычисляет 'float dist = ...'), который уже нарисовал круг.

конечный результат...

результат

вуаля, точечные спрайты рисуют сферы.

Примечания

• масштабирование алгоритм для спрайтов может потребовать, чтобы глубина была и чешуйчатый. Я не уверен, что эта линия верна.
• это не полностью математически правильно (занимает ярлыки) но как вы можете видеть результат визуально исправить
• при использовании миллионов спрайтов я по-прежнему получаю хорошую скорость рендеринга (