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# Sombreamento de taxa variável e iluminação esparsa
> Sombreamento de taxa variável e iluminação esparsa
Este tópico descreve o sombreamento de taxa variável (VRS) e a iluminação esparsa. O VRS é um novo recurso de hardware e software do Direct3D 12 para alocar desempenho/potência de renderização em taxas variadas ao longo de uma imagem renderizada. Esse recurso leva a um desempenho aprimorado. Visualmente, a redução da taxa de sombreamento tem pouco ou nenhum efeito na qualidade perceptível da saída.
O Microsoft Game Development Kit (GDK) de novembro de 2019 para XBOX Series X|S inclui suporte ao VRS Tier 2 no hardware do XBOX Series X|S.
Estas informações eram atuais em novembro de 2019. Vários recursos podem ter sido alterados ou atualizados desde então.
## Introdução: VRS
A saída em 1080p e resoluções maiores resultou no desenvolvimento de técnicas de renderização que reduzem a carga de sombreamento de pixels. Essas técnicas incluem o seguinte:
* Renderização foveada em realidade virtual
* Renderização em tabuleiro de xadrez (checkerboard)
* Upscaling temporal
O VRS foi o próximo passo lógico nessa progressão. O VRS para PCs foi lançado em março de 2019. Atualmente, ele está disponível no DirectX 12 e no Windows 10 usando as tecnologias Intel Ice Lake (Tier 1) e NVIDIA Turing (Tier 2). A AMD está produzindo placas gráficas aprimoradas para PCs criadas com a nova microarquitetura RDNA2 no período de fim de ano de 2020.
Para obter mais informações sobre o VRS, confira o seguinte:
**Microsoft Game Dev**
* [Variable Rate Shading Update XBOX Series Consoles](https://www.youtube.com/watch?v=pPyN9r5QNbs)
* [Tier 2 Variable Rate Shading in Gears](https://www.youtube.com/watch?v=-exWLpgnOJ4)
**Game Developers Conference (GDC) 2019**
* Microsoft: [Boost Rendering Performance with Variable Rate Shading](https://www.youtube.com/watch?v=f-SklVb2MDI)
* Microsoft: [DirectX: Variable Rate Shading, A Deep Dive](https://www.youtube.com/watch?v=2vKnKba0wxk)
* NVIDIA: [Adaptive Shading Overview](https://www.gdcvault.com/browse/gdc-19/play/1026205)
**Siggraph 2019**
* Intel: [Using Variable Rate Shading to improve the user experience](https://www.intel.com/content/www/us/en/developer/videos/use-variable-rate-shading-vrs-to-improve-the-user-experience-in-real-time-game-engines.html)
**Publicações**
* [Visually Lossless Content and Motion Adaptive Shading in Games](http://www.leiy.cc/publications/nas/nas-pacmcgit.pdf)
**Exemplos**
* [PC GitHub: exemplo de sombreamento de taxa variável do Direct3D 12](https://github.com/microsoft/DirectX-Graphics-Samples/tree/develop/Samples/Desktop/D3D12VariableRateShading)
### Metas de design do VRS
1. Taxas de sombreamento selecionáveis localmente para ajustar o equilíbrio entre a qualidade e o desempenho do jogo:
* Qualidade total onde necessário.
* Meia taxa, a mesma taxa da renderização em tabuleiro de xadrez.
* Um quarto da taxa ou até menos.
2. Profundidade, estêncil e cobertura são sempre em taxa total, com bordas perfeitas.
3. O VRS é fácil de integrar a um mecanismo existente usando os mesmos sombreadores, com ou sem o VRS ativado.
4. Sem preenchimento de buracos, sem passes ou buffers adicionais e sem suposições.
5. A aparência suave e cinematográfica não é imposta. Visuais extremamente nítidos são possíveis.
6. Compatível com upscaling temporal e suavização de serrilhado multiamostra (MSAA).
### Escalabilidade local
O VRS pode reduzir seletivamente a taxa de sombreamento em áreas de detalhes de textura de baixa frequência. Por exemplo:
* Áreas com desfoques, como profundidade de campo, desfoque de movimento e bloom
* Situações de pouca iluminação ou saturação de luz
* Oclusão parcial, como transparências, neblina, água, nuvens, atrás de folhagens ou elementos do heads-up display (HUD)
* Detalhes de textura de baixa frequência, como partículas e transparências em meia resolução
Áreas que geralmente não são notadas. Por exemplo:
* Bordas da tela
* Áreas seguras de rastreamento ocular em realidade virtual
* Objetos em movimento rápido
**Figura 1. As taxas de sombreamento controlam as invocações do pixel shader (PS) por pixel.**
A Figura 1 mostra quatro taxas de sombreamento do VRS.
* Taxa 1 × 1: uma invocação de PS por pixel. Sombreia todos os pixels.
* Taxa 2 × 1: meia invocação de PS por pixel. Mais detalhes na vertical.
* Taxa 1 × 2: meia invocação de PS por pixel. Mais detalhes na horizontal.
* Taxa 2 × 2: um quarto de invocação de PS por pixel. Um quarto da taxa.
Especifique a taxa do sombreador usando um dos métodos a seguir.
### Fontes da taxa de sombreamento
Há três maneiras de especificar a taxa do sombreador.
* Por chamada de desenho:
* Tier 1 em PCs com Windows.
* [RSSetShadingRate](/pt-BR/reference/graphics/d3d12/interfaces/id3d12graphicscommandlist5/methods/id3d12graphicscommandlist5_rssetshadingrate_public) define a taxa de sombreamento base e os combinadores para o VRS.
* Por vértice provocador ou primitiva:
* Tier 2 em PCs com Windows e no XBOX Series X|S.
* Exportação usando [SV\_ShadingRate](/pt-BR/build/core-features/graphics/newfeatures/vrs/vrs-feature).
* Mapa de espaço de tela:
* Tier 2 em PCs com Windows e no XBOX Series X|S.
* [RSSetShadingRateImage](/pt-BR/reference/graphics/d3d12/interfaces/id3d12graphicscommandlist5/methods/id3d12graphicscommandlist5_rssetshadingrateimage_public) define a imagem de taxa de sombreamento de espaço de tela para o VRS.
* `R8_UINT` por bloco que contém enumerações [D3D12\_SHADING\_RATE](/pt-BR/reference/graphics/d3d12/enums/d3d12_shading_rate_public).
* O aplicativo consulta o tamanho do bloco, que pode ser 8 × 8, 16 × 16 ou 32 × 32.
**Figura 2. Fontes e combinadores da taxa de sombreamento.**
A Figura 2 mostra um exemplo de fontes e combinadores com três fontes e um conjunto de dois combinadores.
1. O primeiro combinador recebe as taxas de sombreamento da chamada de desenho e a exportação do vértice por parâmetro ou do vértice provocador.
2. O segundo combinador recebe os resultados do primeiro combinador e os combina com o mapa de espaço de tela.
3. A taxa de sombreamento final vai para o rasterizador.
**Figura 3. API de combinadores.**
A Figura 3 mostra as chamadas da API de combinadores da Figura 2. Defina os combinadores para obter os resultados desejados.
**Figura 4. Resultado do VRS.**
A Figura 4 mostra uma cena renderizada com taxa variável em 4K, um tamanho de bloco de 8 × 8 e sem suavização de serrilhado temporal (TAA). Essa cena foi renderizada com muitas reduções da taxa de sombreamento.
**Figura 5. Taxa de sombreamento por bloco.**
A Figura 5 mostra a mesma cena usando um filtro Sobel e votação por bloco.
A taxa 1 × 1 é vermelha. A taxa 2 × 1 é ciano e tem mais detalhes verticais, mostrando os detalhes de textura nas paredes à esquerda e à direita. A taxa 1 × 2 é amarela e tem mais detalhes horizontais. A taxa 2 × 2 é preta.
**Figura 6. Área ampliada.**
A Figura 6 amplia as pedras na parede do fundo da Figura 5 em uma área de 160 × 168 pixels. Isso corresponde a cerca de 0,3% da cena 4K original.
* O sinal do VRS está no lado esquerdo da Figura 6.
* A imagem de *referência (ground truth)*, renderizada inteiramente com a taxa 1 × 1, está no meio da Figura 6.
* As imagens da taxa de sombreamento e do erro absoluto estão no lado direito da Figura 6.
**Figura 7. Área ampliada: taxa 1 × 1.**
A Figura 7 mostra onde o sombreador que estava gerando a taxa do sombreador usou a taxa total 1 × 1. Observe que isso foi feito em áreas de alto contraste. Observe também que o sombreador identificou o reflexo especular na parte superior das pedras afetadas.
**Figura 8. Área ampliada: taxa 2 × 2.**
A Figura 8 mostra onde o sombreador usou a taxa 2 × 2 na superfície das pedras. Observe a redução na qualidade do sombreamento para o sinal do VRS.
**Figura 9. Área ampliada: várias taxas de sombreamento.**
A Figura 9 mostra áreas em que várias taxas de sombreamento foram usadas em seções danificadas da superfície das pedras.
**Figura 10. Área ampliada: meias taxas.**
A Figura 10 mostra áreas em que o sombreamento de meia taxa foi usado. Ele é útil para preservar detalhes em uma área específica. Sem o sombreamento de meia taxa, você precisa usar o sombreamento de taxa total.
**Figura 11. Quanto sombreamento fizemos?**
A Figura 11 mostra a quantidade de sombreamento feita durante a renderização da tela. A seção ampliada tem 20 × 21 blocos (160 × 168 pixels).
* 94 blocos de taxa total (vermelho)
* 143 blocos de meia taxa (ciano/amarelo)
* 183 blocos de um quarto da taxa (preto)
Invocações de PS em 8 × 8 pixels por bloco:
* Sem VRS = 26.880 threads de PS
* Com VRS = 13.520 threads de PS
* Invocações de PS divididas pelo número de pixels = 0,503
### Derivando o mapa de espaço de tela
Recomendamos que você use o último quadro para prever o quadro atual. Por exemplo, o último quadro informará:
* Onde você aplicará a profundidade de campo.
* Onde ocorre o desfoque de movimento.
* Que há uma área de pouca luz ou uma área de saturação de luz.
Um resumo do exemplo anterior (Figura 4 a Figura 11):
* Começou com um filtro Sobel.
* Os resultados foram obtidos sem usar reprojeção de movimento.
* Os kernels de convolução X e Y foram verificados em relação ao gradiente e à luminância e, em seguida, comparados a uma taxa.
* Votação por bloco sobre qual taxa de sombreamento usar.
* Se o resultado da comparação for diferente de zero para X ou Y, a taxa será 2 × 1 ou 1 × 2.
* Recomendamos que você use intrínsecos entre lanes (cross-lane).
O resultado é um processo com uma pequena superfície de API, sem alterações nos sombreadores e sem alterações no MSAA. Um passe de reconstrução não é necessário. A superfície do VRS está completa e pronta para renderizar.
Para obter um filtro atualizado, confira o exemplo VRSandSparseLighting nos [exemplos de console do Microsoft GDK](https://learn.microsoft.com/gaming/gdk/docs/gdk-dev/development-downloads/gdk-samples-list#graphics).
**Figura 12. Alteração no local de invocação do PS.**
A Figura 12 compara a imagem de referência na taxa 1 × 1 com um sinal do VRS da mesma cena.
O VRS altera o local de invocação do PS, e isso pode criar problemas. Por exemplo:
* O VRS pode capturar detalhes que não estão na imagem de referência.
* Diferentes taxas de sombreamento podem capturar ou perder detalhes de subpixel.
Detalhes de subpixel, ou subamostragem, podem ser um problema.
* Serrilhado temporal quando a câmera está se movendo:
* Neste exemplo, temos problemas de serrilhado temporal mesmo sem o VRS.
* As taxas grosseiras do VRS podem piorar a subamostragem.
* Os gradientes de textura são mais longos em cada eixo grosseiro.
* A seleção de mip inferior é automática e tem serrilhado aprimorado.
* Usar níveis de detalhe (LODs) de malha melhora o desempenho.
* Tenha cuidado ao usar serrilhado de sombreador.
* Use o TAA para resolver problemas de renderização por subamostragem.
### Taxas de sombreamento
As taxas 1 × 1, 2 × 1, 1 × 2 e 2 × 2 são o conjunto mínimo de recursos do VRS. Os PCs têm um recurso adicional usando [AdditionalShadingRatesSupported](/pt-BR/build/core-features/graphics/newfeatures/vrs/vrs-feature), que dá suporte às taxas de sombreamento 2 × 4, 4 × 2 ou 4 × 4. As taxas 2x parecem ser as mais eficazes. Com as taxas 2x, pode ser difícil encontrar degradação de qualidade. Isso é especialmente verdadeiro com as taxas 2 × 1 e 1 × 2. Com as taxas 4x, é muito mais fácil ver diferenças na renderização, mas elas são mais difíceis de usar. As vantagens de desempenho diminuem ao usar taxas 4x.
A seguir estão os resultados de desempenho do NVIDIA Tier 2 com o mapa de espaço de tela.
**Wolfenstein II: The New Colossus**
* O modo equilibrado tem uma melhoria de 6% em quadros por segundo (FPS).
* O modo de desempenho tem uma melhoria de 9-10% em FPS.
* Fonte: Digital Foundry
**Civilization VI**
* Redução de 8-17% no tempo total de quadro.
Para conhecer os ganhos de desempenho em DOOM Eternal e Gears 5 e obter informações atualizadas, confira o vídeo a seguir:
[Variable Rate Shading Update XBOX Series Consoles](https://www.youtube.com/watch?v=pPyN9r5QNbs).
## VRS Tier 2.x do XBOX Series X|S
### Suporte nos consoles XBOX Series X|S
Os consoles XBOX Series X|S implementaram a especificação Tier 2 para PC no Microsoft Game Development Kit (GDK) de novembro de 2019 com os seguintes recursos e exceções.
Recursos:
* Taxas de sombreamento 1 × 1, 1 × 2, 2 × 1 e 2 × 2
* Mapa de espaço de tela
Exceções:
* Sem capacidade de modo 4x.
* A saída da máscara de cobertura está incorreta no momento se você usar MSAA. Uma correção está planejada para esse problema de saída.
* A entrada [SV\_Coverage](/pt-BR/build/core-features/graphics/newfeatures/vrs/vrs-feature) funciona corretamente.
* O hardware não implementa um centroide em conformidade com a especificação.
* A [exibição de destino de renderização](/pt-BR/reference/graphics/d3d12/structs/d3d12_render_pass_render_target_desc_public) (RTV) é permitida no mapa de imagem de taxa de sombreamento.
### Extensões XBOX do XBOX Series X|S
O suporte está planejado para:
* Supersampling com MSAA.
* Deslocamentos de posição de amostra.
* Combinadores extras.
* Taxa de sombreamento por primitiva com vários visores.
* Exportação da taxa de sombreamento a partir do sombreador de domínio.
* Superfície de feedback da taxa de sombreamento.
Informe-nos suas prioridades de recursos usando os fóruns do Microsoft Game Development Kit (GDK).
### Supersampling com MSAA
O XBOX Series X|S dá suporte às taxas de sombreamento de supersampling 2x e 4x. Por exemplo, elas são usadas no MSAA 8x. O conjunto de possíveis invocações de PS por pixel é o seguinte.
* 0.25
* 0.5
* 1
* 2
* 4
* 8
Uma invocação de PS por taxa 2 × 2 é a taxa mais grosseira possível. Com MSAA 8×, ela é efetivamente uma taxa de 1/32, ou 1 invocação de PS transmitida para 4 pixels × 8 amostras.
**Figura 13. Matriz completa das taxas de sombreamento do XBOX Series X|S.**
A Figura 13 mostra uma matriz das taxas de sombreamento do XBOX Series X|S que considera o domínio de supersampling. A matriz mostra o número de invocações de PS por pixel. Observe que não há modos retangulares no domínio de supersampling.
### HTile e o mapa de espaço de tela
No XBOX Series X|S, a taxa de sombreamento é gravada em um mapa de espaço de tela, que é então transcodificado em [HTile](/pt-BR/reference/graphics/d3d12_xs/enums/d3d12xbox_shading_rate_settings_htile_mode_type), onde o rasterizador lê a taxa de sombreamento.
* O tamanho do bloco é sempre 8 × 8. Nenhuma consulta é necessária.
* O bloco é lido durante a rasterização. Nenhuma largura de banda extra é necessária.
* Uma extensão XBOX poderia realizar uma limpeza de profundidade e definir o mapa de taxa de sombreamento em um único passe. Isso melhora o desempenho.
#### Duas novas codificações de HTile
Duas novas codificações de HTile com Stencil estão disponíveis agora.
* Sem suporte à taxa de sombreamento de supersampling:
* Os bits livres 10-11 no Stencil do HTile são usados para armazenar a taxa de sombreamento.
* Com suporte à taxa de sombreamento de supersampling:
* São necessários quatro bits para a taxa de sombreamento. O HTile perde seu segundo pré-teste Hi-Stencil (bits 6-7). O primeiro pré-teste permanece.
No Microsoft Game Development Kit (GDK) de novembro de 2019, todos os HTiles usam a segunda codificação. No futuro, espere um sinalizador de recurso "nunca VRS" que retorna um formato de HTile "sem estêncil" para precisão extra. O suporte ao primeiro formato de HTile será adicionado ao Microsoft Game Development Kit (GDK).
### Detalhes de implementação do XBOX Series X|S
Quando `RSSetShadingRateImage` é chamado, ele transcodifica o conteúdo em um HTile. Se não houver um HTile associado, um HTile temporário será alocado do alocador de comandos da lista de comandos. Isso habilita o VRS sem profundidade. O VRS pode ser usado para coisas como pós-processamento. Se a alocação falhar por falta de memória, o VRS será desativado.
Se você alterar a exibição de estêncil de profundidade (DSV), recomendamos que chame primeiro `RSSetShadingRateImage(nullptr)`. Caso contrário, você poderá pagar o custo de transcodificação novamente se a DSV tiver as mesmas dimensões.
Uma RTV maior que 4K falha. Uma correção para esse problema está planejada para o Microsoft Game Development Kit (GDK) de abril de 2020.
### O XBOX Series X|S tem combinadores extras
**Figura 14. O XBOX Series X|S tem combinadores extras.**
A Figura 14 mostra os combinadores adicionais do XBOX Series X|S. Podemos expô-los se houver demanda.
### Local de invocação do PS
O hardware do XBOX Series X|S dá suporte a deslocamentos de amostra no centro, no centroide e programáveis, que podem alterar o local de invocação do pixel shader.
* Deslocamento de 4 bits para cada taxa de sombreamento
* O local em que o PS é invocado pode mudar a cada ciclo de quadro
### Incompatibilidades do VRS
Há algumas coisas que são incompatíveis com o VRS e o desativam no XBOX Series X|S. Isso ocorre quando o local do PS não se alinha com a amostra de profundidade ou com a amostra de estêncil.
* Máscara de cobertura pós-profundidade
* [Raster Order Views](/pt-BR/build/core-features/graphics/newfeatures/vrs/vrs-feature) (ROVs)
* Importação de [SV\_Depth](/pt-BR/build/core-features/graphics/newfeatures/vrs/vrs-feature)
* Passe por meio do interpolador. Confira a definição do compilador de sombreador `__XBOX_SV_POS_ZW_VIA_ATTRIBUTE`, que faz isso para você.
* Gravação de `SV_Depth` ou [SV\_StencilRef](/pt-BR/build/core-features/graphics/newfeatures/vrs/vrs-feature)
### Extensão Shading Rate Feedback Surface
A extensão Shading Rate Feedback Surface faz o seguinte:
* Usa 2 bits de [cmask](/pt-BR/build/core-features/graphics/overviews/cmask-decoding)
* Registra se um triângulo foi renderizado em uma taxa fina ou grosseira em cada eixo
* Remove a funcionalidade de limpeza rápida de `cmask`
* É incompatível com o processo `cmask` para composição rápida
### Resumo do suporte por plataforma
**Figura 15. Suporte por plataforma.**
A Figura 15 mostra o suporte a recursos de cada plataforma.
Estas informações eram atuais em novembro de 2019. Vários recursos podem ter sido alterados ou atualizados desde então.
Esteja ciente do seguinte:
* O XBOX Series X|S dá suporte à maior quantidade de conjuntos de recursos.
* Com recursos pequenos, é melhor usar blocos 8 × 8 em vez de blocos 16 × 16, pois eles aumentam a taxa de sombreamento para menos pixels.
## Otimizações de desempenho de hardware do XBOX Series X|S
As melhorias de desempenho do XBOX Series X|S precisam ser feitas em conjunto com uma redução nas cargas do pixel shader.
### Operações de bloco de cor
No pipeline gráfico lógico, um bloco de cor é uma das duas últimas operações lógicas antes da saída de renderização.
**Caminhos lentos**
Quando a RTV tem mais de 32 bits por pixel (bpp) ou a mesclagem está habilitada:
* Sem VRS, há 4 pixels por ciclo de clock por back-end de renderização (RB).
* Com VRS, há 4 pixels por ciclo de clock por RB. No entanto, a transmissão de grosseiro para fino leva *n* ciclos adicionais, em que *n* é igual ao número de pixels cobertos.
**Caminhos rápidos**
Quando a RTV tem 32 bpp ou menos e a mesclagem não está habilitada:
* Sem VRS, você pode usar o back-end de renderização otimizado (RB+) com uma taxa 2x, que equivale a 8 pixels por ciclo de clock por RB.
* Com VRS, há 4 pixels por ciclo de clock por RB para uma taxa 1 × 1.
* No entanto, o bloco de cor pode carregar lateralmente cópias de transmissão adicionais.
* 4 pixels por ciclo de clock para uma taxa 2 × 1.
* 8 pixels por ciclo de clock para uma taxa 1 × 2.
* 8 pixels por ciclo de clock para uma taxa 2 × 2.
Há um limite de 16 pixels por ciclo de clock por RB.
O trabalho do pixel shader agora é aprimorado porque o bloco de cor pode processar cópias adicionais.
### RSSetShadingRate
Para usar o RB+, desative o VRS chamando `RSSetShadingRate(D3D12_SHADING_RATE_1x1, nullptr);`. Observe que `RSSetShadingRate` não altera o contexto (roll a context).
### VRS e compressão de cor delta
A compressão de cor delta (DCC) agora tem um modo compatível com VRS que reduz a largura de banda.
* O VRS gera um sinal que é mal compactado com a DCC normal.
* Exemplo de sinal: âncora, delta, delta zero, delta, delta zero. Repetir.
* Um modo compatível com VRS foi adicionado à DCC.
* Otimizado para compactação próxima de 4:1 na taxa 2 × 2.
* Proporções significativamente melhores para as taxas 2 × 1 e 1 × 2.
## Iluminação esparsa
O VRS grava valores duplicados do g-buffer e os ilumina. Processar dados duplicados do g-buffer é um desperdício.
### Iluminação esparsa: explorando o sinal do VRS
Para evitar desperdício de desempenho, examine os g-buffers em busca de valores duplicados e, em seguida, identifique e ilumine apenas um subconjunto de pixels. Por exemplo, em um quad de 2 × 2 pixels:
* 1 pixel para uma taxa 2 × 2
* 2 pixels para uma taxa 1 × 2 ou 2 × 1 (padrão de tabuleiro de xadrez)
* 4 pixels para uma taxa 1 × 1
### Exemplo de implementação de iluminação esparsa
Um exemplo que usa um tamanho de bloco de 16 × 16 e um tamanho de grupo de 8 × 8 é o seguinte.
1. O thread do sombreador de computação compara os valores do g-buffer a cada 2 × 2 pixels.
2. Em seguida, ele grava de 1 a 4 coordenadas por thread. Cada uma tem 32 bits por coordenada.
* 4 bits para a coordenada x relativa ao bloco.
* 4 bits para a coordenada y relativa ao bloco.
* 3 bits que indicam se o valor deve ser copiado em x, em y ou na diagonal (para preencher buracos).
* 21 bits são suficientes para um valor de profundidade.
3. Uma das saídas é a contagem do número de operações de iluminação necessárias por bloco de tela.
Para obter informações atualizadas, confira o seguinte:
[Variable Rate Compute Shaders - Halving Deferred Lighting Time](https://www.youtube.com/watch?v=Sswuj7BFjGo).
[Exemplo VRSandSparseLighting](https://learn.microsoft.com/gaming/gdk/docs/gdk-dev/development-downloads/gdk-samples-list#graphics).
### Sombreador de iluminação adiada
O sombreador de iluminação adiada agora despacha uma wave por thread de bloco em vez de um thread por pixel.
1. A wave percorre `tileCount` *n* vezes. O desempenho melhora quando você remove operações de iluminação iguais ou superiores ao trabalho de uma wave. Ao considerar o desempenho de Wave32 em relação ao de Wave64:
* Wave32 produz um ganho de velocidade quando há 224 pixels ou menos para iluminar.
* Wave64 produz um ganho de velocidade quando há 194 pixels ou menos para iluminar.
2. O thread lê 32 bits, descompactando coordinate.xy e a profundidade.
3. Faça a iluminação como você faria normalmente. As listas de luzes continuam invariantes na wave.
4. Termine com até três cópias de transmissão do resultado iluminado.
* Um bit para cada cópia horizontal, vertical e diagonal.
* XOR1 é usado para calcular destination.xy para cada uma das três cópias.
* O preenchimento de buracos é perfeito, pré-calculado e barato.
**Figura 16. Resultado com iluminação esparsa e contagem de operações de iluminação.**
A Figura 16 mostra, à esquerda, uma imagem 4K da cabeça de um leão de pedra com iluminação esparsa. O buffer de contagem está à direita. Ele mostra uma redução significativa nas operações de iluminação. Os g-buffers da pedra foram testados quanto a valores duplicados exatos com um pequeno intervalo de profundidade permitido (delta permitido de LinearZ de 0,001).
**Figura 17. Resultado iluminado, sem preenchimento de buracos.**
A Figura 17 mostra uma imagem ampliada do globo ocular do leão sem preenchimento de buracos.
* Os buracos são pixels pretos.
* 1 × 1 e todas as amostras são iluminadas.
* 2 × 1 e 1 × 2 se parecem com tabuleiros de xadrez.
* 2 × 2 ilumina uma amostra em cada quatro.
Observe que a malha de arame (wireframe) está visível. O problema aqui é que a taxa de sombreamento solicitada não é necessariamente a taxa de sombreamento que ocorre.
Por exemplo, considere um quad de 2 × 2 pixels sombreado na taxa 2 × 2. Isso pode gerar de uma a quatro invocações de PS com zero de overdraw.
* Uma invocação se o quad de pixels for coberto por um único triângulo.
* Quatro invocações se o quad for coberto por quatro triângulos.
LODs de malha ruins geram resultados ruins de VRS.
**Figura 18. Comparação do g-buffer com delta adicionado de 0,025.**
A Figura 18 mostra o resultado de adicionar um pequeno delta permitido nos valores durante a comparação do g-buffer. Os valores de normais estão à esquerda. Os valores de albedo estão à direita. Adicionar o pequeno delta reduziu o número de operações de iluminação e eliminou a malha de arame. A luma dessas imagens corresponde aproximadamente ao número de cálculos de iluminação. Isso se aproxima do conjunto ideal de pixels a iluminar: 1, 2, 3 ou 4 por taxa 2 × 2.
**Figura 19. Correspondência exata do g-buffer.**
A Figura 19 mostra a imagem da cabeça do leão com os buracos preenchidos. É difícil notar a diferença entre as duas, mesmo quando ampliadas.
### Exame do g-buffer com otimizações específicas do XBOX Series X|S
Há uma implementação aprimorada que não envolve examinar o conteúdo do g-buffer. Para obter mais informações, confira o vídeo e o exemplo a seguir.
[Variable Rate Compute Shaders - Halving Deferred Lighting Time](https://youtu.be/Sswuj7BFjGo?t=859)
Exemplo [VRSandSparseLighting](https://learn.microsoft.com/gaming/gdk/docs/gdk-dev/development-downloads/gdk-samples-list#graphics)
O exame do g-buffer é caro. As otimizações específicas do XBOX Series X|S incluem o seguinte:
1. Leia o mapa de taxa de sombreamento. Use o caminho rápido para blocos de taxa total e processe todos os pixels.
2. Aproveite a superfície `cmask` de feedback da taxa de sombreamento. Use o caminho rápido para blocos de taxa reduzida cobertos por um único triângulo.
3. Para os blocos restantes:
1. Leia a chave de DCC e, em seguida, explore os deltas zero.
2. Faça um exame do g-buffer.
* Use o hash do g-buffer para otimização. Isso tem um custo de armazenamento e largura de banda.
* Combine a leitura do g-buffer com passes que estejam fazendo outra coisa, como ler a profundidade.
**Figura 20. Economia da iluminação esparsa em comparação com a iluminação adiada normal em 4K.**
A Figura 20 mostra renderizações de cenas que comparam a economia da iluminação esparsa com a iluminação adiada em 4K.
* `cmask` e DCC não foram usados nessas cenas.
* A figura não inclui a economia do VRS nem do tempo de rasterização.
* A descontinuidade de profundidade ao redor dos pilares causa uma grande partição de profundidade e uma contagem de luzes maior.
* Na cena inferior, a contagem de luzes é relativamente baixa.
* A cena superior tem o maior tempo total decorrido. A cena inferior tem o menor tempo total decorrido. As melhorias escalam favoravelmente com a complexidade da cena.
## Integração com outras técnicas
### VRS, dimensionamento dinâmico de resolução e upscaling temporal
O VRS não substitui o dimensionamento dinâmico de resolução (DRS).
* É possível reduzir a taxa de sombreamento quando o tempo de quadro ultrapassa o tempo de quadro desejado.
* As melhorias do VRS são imprevisíveis. Elas dependem do conteúdo da cena. Outros fatores incluem a iluminação.
* O DRS tem um efeito maior e mais previsível no tempo de quadro.
As melhorias do VRS são um bônus.
* Não substitua o DRS. Em vez disso, ajude o DRS a atingir resoluções mais altas.
* Use o upscaling temporal para a resolução de saída.
**Figura 21. VRS versus renderização em tabuleiro de xadrez no XBOX Series X|S.**
A Figura 21 compara o VRS e a técnica de renderização em tabuleiro de xadrez no XBOX Series X|S.
### Fatores de desempenho do VRS
O desempenho do VRS depende de vários fatores. Eles incluem:
* Eficiência da rasterização. Parallax, relief e cone-step mapping são preferíveis.
* Conteúdo da cena.
* Sobrecarga do cálculo da taxa de sombreamento.
* Custo do PS e gargalos de hardware posteriores.
* Suas preferências pessoais de desempenho versus qualidade.
### Taxas de sombreamento por triângulo/por chamada de desenho
As taxas de sombreamento por triângulo/por chamada de desenho são um ótimo aprimoramento de desempenho. Elas reduzem o custo da GPU em comparação com o mapa de espaço de tela.
**Por chamada de desenho:**
* Partículas e objetos em movimento rápido são renderizados no mapa de reflexo.
* Determine se o objeto está atrás de uma translucidez.
**Por triângulo:**
* Determine se o triângulo está no lado oposto de uma superfície de água em relação à câmera.
* Determine se o triângulo está ocluído atrás de folhagens ou de outro objeto.
## Planos futuros
### Somente XBOX
* Remover o mapa de espaço de tela.
* Gravar a taxa de sombreamento diretamente no HTile.
* Realizar uma limpeza de profundidade na mesma operação.
* Girar os deslocamentos de amostra por quadro.
* Isso resulta em uma convergência semelhante ao tabuleiro de xadrez, mas oferece cobertura perfeita.
### PC e XBOX
* Combinar a determinação da taxa de sombreamento com um sombreador de pós-processamento.
* Para taxas menores que 1 × 1, mas não exatamente 2 × 2, faça o seguinte:
* Considere alternar as taxas 2 × 1 e 1 × 2 por quadro, especialmente para títulos de 60 Hertz.
* Isso resulta em um padrão de tabuleiro de xadrez em que os quadrados pretos recebem 2 × 1 no primeiro quadro e 1 × 2 no quadro seguinte. Os quadrados brancos recebem 1 × 2 no primeiro quadro e 2 × 1 no quadro seguinte.
* Use jitter de TAA grosseiro em vez de jitter de TAA de subpixel.
* Adicione uma taxa de sombreamento por triângulo.
* Use o mapa de espaço de tela, a menos que uma taxa mais grosseira seja especificada. Essa é uma ótima configuração padrão de combinador.
* Ray tracing.
* Use a mesma medida de frequência de sombreamento (o mapa) para controlar a contagem de raios.
* Transmita o resultado do raio para os pixels adjacentes (ray tracing esparso).
## Conclusão
O VRS é uma otimização poderosa para PCs e dispositivos XBOX Series X|S.
* O VRS oferece cobertura perfeita e controle local da taxa de sombreamento. Essas são grandes melhorias em relação aos recursos existentes.
* É fácil incorporar o VRS ao seu mecanismo. O VRS se integra bem a tecnologias existentes, como DRS e upscaling temporal.
* Os maiores ganhos do VRS ocorrem ao processar efeitos tradicionalmente caros, como desfoques, sombras e efeitos volumétricos.
* O VRS tem uma sobrecarga muito baixa.
Explore o sinal do VRS usando a iluminação esparsa.
* Iluminar dados duplicados do g-buffer desperdiça recursos.
* Outros passes esparsos são possíveis.
* Reutilize a contagem de operações de iluminação necessárias por bloco de tela e suas coordenadas.
Os exemplos do ATG fornecem um sombreador autônomo para calcular a taxa de sombreamento. Para obter mais informações sobre o VRS, confira o exemplo VRSandSparseLighting nos [exemplos de console do Microsoft GDK](https://learn.microsoft.com/gaming/gdk/docs/gdk-dev/development-downloads/gdk-samples-list#graphics).
## Próximas etapas
Se quiser revisar as informações dos materiais da apresentação relacionados a esta visão geral, baixe os seguintes arquivos do [XBOX Developer Download Secure Data Storage (SDS)](https://www.microsoft.com/en-us/software-download/gdk).
* Apresentação de slides: XF2019\_Graphics\_08\_Day2\_Variable\_Rate\_Shading\_and\_Sparse\_Lighting.pptx em Xfest 2019 Graphics Track PowerPoints (\[2019.11]-Xfest2019GraphicsTrackPowerPoints.ZIP)
* Apresentação em vídeo: XF2019\_Graphics\_08\_Day2\_Variable\_Rate\_Shading\_and\_Sparse\_Lighting.mp4 em Xfest 2019 Graphics Track Videos (\[2019.11]-Xfest2019GraphicsTrackVideos.ZIP)
### Baixar as apresentações e os vídeos do Microsoft PowerPoint
1. Acesse [Downloads do Game Development Kit (GDK)](https://www.microsoft.com/en-us/software-download/gdk).
2. Em Select file type, selecione **Conference Materials** e, em seguida, selecione **Confirm**.
3. Em Select build/version number, escolha uma das seguintes apresentações de gráficos.
* Xfest 2019 Graphics Track PowerPoints
* Xfest 2019 Graphics Track Videos
4. Selecione Download Now e aguarde a conclusão do download do arquivo .zip.
5. Acesse sua pasta local Downloads e descompacte (extraia) os arquivos da pasta compactada.
### Baixar os exemplos de console do GDK mencionados neste tópico
1. Acesse [Downloads do Game Development Kit (GDK)](https://www.microsoft.com/en-us/software-download/gdk).
2. Em Select file type, selecione **GDK** e, em seguida, selecione **Confirm**.
3. Em Select build/version number, escolha a opção **Microsoft GDKX (Sample only)** mais recente.
4. Selecione Download Now e aguarde a conclusão do download do arquivo .zip.
5. Acesse sua pasta local Downloads e descompacte (extraia) os arquivos da pasta compactada.
6. Selecione **GDKSamples** > **Graphics**. Procure o exemplo.
## Confira também
[Especificações do DirectX 12 - Variable Rate Shading](https://microsoft.github.io/DirectX-Specs/d3d/VariableRateShading.html)
[Variable Rate Shading](https://github.com/microsoft/DirectX-Specs/blob/master/d3d/VariableRateShading.md)
[Visão geral do Variable Rate Shading](/pt-BR/build/core-features/graphics/newfeatures/vrs/vrs-overview)
[Por que usar o Variable Rate Shading?](/pt-BR/build/core-features/graphics/newfeatures/vrs/why-vrs)
[Design do recurso Variable Rate Shading](/pt-BR/build/core-features/graphics/newfeatures/vrs/vrs-feature)
[AMD FidelityFX Variable Shading](https://gpuopen.com/fidelityfx-variable-shading/)
[Variable Rate Shading Update XBOX Series Consoles](https://www.youtube.com/watch?v=pPyN9r5QNbs)
[Variable Rate Compute Shaders - Halving Deferred Lighting Time](https://www.youtube.com/watch?v=Sswuj7BFjGo)
## Related topics
- [Xfest2019](/pt-BR/build/core-features/graphics/overviews/presentations/xfest2019/index.md)
- [RSSetShadingRateImage (consoles XBOX Series)](/pt-BR/reference/graphics/d3d12/interfaces/id3d12graphicscommandlist5/methods/id3d12graphicscommandlist5_rssetshadingrateimage_public.md)
- [RSSetShadingRate (consoles XBOX Series)](/pt-BR/reference/graphics/d3d12/interfaces/id3d12graphicscommandlist5/methods/id3d12graphicscommandlist5_rssetshadingrate_public.md)
- [D3D12_SHADING_RATE (consoles XBOX Series)](/pt-BR/reference/graphics/d3d12/enums/d3d12_shading_rate_public.md)
- [D3D12_SHADING_RATE_COMBINER](/pt-BR/reference/graphics/d3d12/enums/d3d12_shading_rate_combiner_public.md)