HA-Buffer: Coherent Hashing for single-pass A-buffer

Identifying all the surfaces projecting into a pixel has several important applications in Computer Graphics, such as transparency and CSG. These applications further require ordering, in each pixel, the surfaces by their distance to the viewer. In real-time rendering engines, this is often achieved by recording sorted lists of the fragments produced by the rasterization pipeline. The major challenge is that the number of fragments is not known in advance. This results in computational and memory overheads due to the necessary dynamic nature of the data-structure. Similarly, many fragments which are not useful for the final image—due to opacity accumulation for instance—have to be stored and sorted nonetheless, negatively impacting performance. This paper proposes a novel approach which records and simultaneously sorts all fragments in a single geometry pass. The storage overhead per fragment is typically lower than 8 bits per record, and no pointers are involved. Since fragments are progressively sorted in memory, it is possible to assess during rendering whether a new fragment is useful. Our approach combines advantages of previous approaches at similar levels of performance, and is implemented in a single fragment shader of 24 lines of GLSL. Key-words: A-buffer, real-time, transparency, spatial hashing ha l-0 08 11 58 5, v er si on 1 10 A pr 2 01 3 HA-Buffer: application du hachage cohérent à la création de A-buffer en une passe Résumé : Plusieurs applications en synthèse d’image nécessitent le calcul de l’ensemble des surfaces visibles au travers d’un pixel. Citons le dessin correct de surfaces transparentes ainsi que le dessin de modèles CSG. Ces applications nécessite également de trier les surfaces, pour chaque pixel, selon leur distance au point de vue. Pour les applications en temps-réel, ce sont les fragments produits par l’étape de rasterisation qui sont triés et stockés en mémoire vidéo. Le nombre de ces fragments n’étant pas connu à l’avance, il est nécessaire d’utiliser de coûteuses techniques de gestion de la mémoire. De plus, tous les fragments sont traités même si une fraction non négligeable d’entre eux peut être inutile au dessin de l’image finale (grâce, par exemple, à l’accumulation de l’opacité de plusieurs surfaces combinées). Nous proposons une technique simple pour trier les fragments d’un même pixel au moment de leur rasterisation, sans utiliser de liste chainée (et donc de pointeur). Puisque la liste des fragments pour un pixel est toujours triée, il est possible de déterminer, au moment de sa rasterisation, si un fragment contribuera ou pas à l’image finale, et de le rejetter le cas échéant. La technique combine les avantages de plusieurs approches existantes pour un niveau de performance similaire. Elle a l’unique avantage d’être très simple à coder : 24 lignes de GLSL. Mots-clés : A-buffer, temps-réel, transparence, hachage spatial ha l-0 08 11 58 5, v er si on 1 10 A pr 2 01 3