La representación en mosaico es el proceso de subdividir una imagen de gráficos de computadora mediante una cuadrícula regular en el espacio óptico y representar cada sección de la cuadrícula, o mosaico , por separado. La ventaja de este diseño es que la cantidad de memoria y ancho de banda se reduce en comparación con los sistemas de representación en modo inmediato que dibujan todo el marco a la vez. Esto ha hecho que los sistemas de representación en mosaico sean particularmente comunes para el uso en dispositivos portátiles de bajo consumo . La representación en mosaico a veces se conoce como una arquitectura de "ordenación intermedia", porque realiza la ordenación de la geometría en el medio de la tubería de gráficos en lugar de cerca del final. [1]
La creación de una imagen 3D para su visualización consta de una serie de pasos. En primer lugar, los objetos que se van a visualizar se cargan en la memoria a partir de modelos individuales . A continuación, el sistema aplica funciones matemáticas para transformar los modelos en un sistema de coordenadas común, la vista del mundo . A partir de esta vista del mundo, se crea una serie de polígonos (normalmente triángulos) que se aproximan a los modelos originales tal como se ven desde un punto de vista particular, la cámara . A continuación, un sistema de composición produce una imagen mediante la representación de los triángulos y la aplicación de texturas en el exterior. Las texturas son pequeñas imágenes que se pintan sobre los triángulos para producir realismo. A continuación, la imagen resultante se combina con varios efectos especiales y se traslada a un búfer de fotogramas , que el hardware de vídeo escanea para producir la imagen mostrada. Este diseño conceptual básico se conoce como canalización de visualización .
Cada uno de estos pasos aumenta la cantidad de memoria necesaria para almacenar la imagen resultante. Cuando llega al final del proceso, las imágenes son tan grandes que los diseños típicos de tarjetas gráficas suelen utilizar una memoria especializada de alta velocidad y un bus informático muy rápido para proporcionar el ancho de banda necesario para mover la imagen dentro y fuera de los diversos subcomponentes del proceso. Este tipo de compatibilidad es posible en tarjetas gráficas dedicadas, pero a medida que los presupuestos de potencia y tamaño se vuelven más limitados, proporcionar suficiente ancho de banda se vuelve costoso en términos de diseño.
Los renderizadores en mosaico abordan este problema descomponiendo la imagen en secciones conocidas como mosaicos y renderizando cada una de ellas por separado. Esto reduce la cantidad de memoria necesaria durante los pasos intermedios y la cantidad de datos que se mueven en un momento dado. Para ello, el sistema ordena los triángulos que forman la geometría por ubicación, lo que permite encontrar rápidamente qué triángulos se superponen a los límites de los mosaicos. Luego carga solo esos triángulos en el flujo de renderizado, realiza las diversas operaciones de renderizado en la GPU y envía el resultado al búfer de cuadros . Se pueden utilizar mosaicos muy pequeños, 16 × 16 y 32 × 32 píxeles son tamaños de mosaico populares, lo que hace que la cantidad de memoria y ancho de banda necesarios en las etapas internas también sean pequeños. Y debido a que cada mosaico es independiente, naturalmente se presta a una paralelización simple.
En un renderizador de mosaicos típico, primero se debe transformar la geometría en espacio de pantalla y asignarla a mosaicos de espacio de pantalla. Esto requiere algo de almacenamiento para las listas de geometría para cada mosaico. En los primeros sistemas de mosaicos, esto lo realizaba la CPU , pero todo el hardware moderno contiene hardware para acelerar este paso. La lista de geometría también se puede ordenar de adelante hacia atrás, lo que permite que la GPU utilice la eliminación de superficies ocultas para evitar procesar píxeles que están ocultos detrás de otros, ahorrando ancho de banda de memoria para búsquedas de texturas innecesarias. [2]
El enfoque en mosaico tiene dos desventajas principales. Una es que algunos triángulos pueden dibujarse varias veces si se superponen a varios mosaicos. Esto significa que el tiempo total de renderizado sería mayor que en un sistema de renderizado en modo inmediato. También pueden surgir problemas cuando los mosaicos deben unirse para formar una imagen completa, pero este problema se resolvió hace mucho tiempo [ cita requerida ] . Más difícil de resolver es que algunas técnicas de imagen se aplican al marco en su totalidad, y son difíciles de implementar en un renderizado en mosaico donde la idea es no tener que trabajar con todo el marco. Estas desventajas son bien conocidas y tienen consecuencias menores para los sistemas donde las ventajas son útiles; los sistemas de renderizado en mosaico se encuentran ampliamente en dispositivos informáticos portátiles.
La representación en mosaico no debe confundirse con los esquemas de direccionamiento de framebuffer en mosaico/no lineal , que hacen que los píxeles adyacentes también sean adyacentes en la memoria. [3] Estos esquemas de direccionamiento son utilizados por una amplia variedad de arquitecturas, no solo por renderizadores en mosaico.
Gran parte del trabajo inicial sobre renderizado en mosaico se realizó como parte de la arquitectura Pixel Planes 5 (1989). [4] [5]
El proyecto Pixel Planes 5 validó el enfoque en mosaico e inventó muchas de las técnicas que ahora se consideran estándar para los renderizadores en mosaico. Es el trabajo más citado en otros artículos del campo.
El enfoque en mosaicos también se conoció en los inicios de la historia del renderizado por software. Las implementaciones del renderizado de Reyes suelen dividir la imagen en "cubos de mosaicos".
Al principio del desarrollo de las GPU de escritorio, varias empresas desarrollaron arquitecturas en mosaico. Con el tiempo, estas fueron reemplazadas en gran medida por GPU de modo inmediato con sistemas de memoria externa personalizados y rápidos.
Algunos ejemplos importantes de esto son:
Ejemplos de arquitecturas sin mosaicos que utilizan grandes buffers en chip son:
Debido al ancho de banda de memoria externa relativamente bajo y a la modesta cantidad de memoria en chip requerida, la renderización en mosaico es una tecnología popular para las GPU integradas. Algunos ejemplos actuales incluyen:
Representación en modo inmediato basada en mosaicos (TBIM):
Representación diferida basada en mosaicos (TBDR):
Vivante fabrica GPU para dispositivos móviles que tienen una memoria de búfer de cuadros acoplada estrechamente (similar a la GPU de Xbox 360 descrita anteriormente). Si bien esto se puede utilizar para renderizar partes de la pantalla, el gran tamaño de las regiones renderizadas significa que no suelen describirse como si utilizaran una arquitectura basada en mosaicos.