Продолжение поста «Игровая легенда из 90-х: Как работала 3dfx Voodoo "под капотом"? Пишем 3D-приложение нуля на Glide (1/2)»⁠⁠

Это вторая часть лонга про 3dfx Voodoo. Пришлось разбить его на две части из-за ограничений в 30.000 символов на пост у Пикабу. Сначала читайте первую часть.

Скрин с криво-наложенной текстурой: здесь уже был настроен сэмплер, но неправильно. А ещё тут видно артефакты отсутствия Z-сортировки наглядно.

Пока не впечатляет, да? Где же текстуры? А об этом — в следующей главе!

❯ Текстуры

Плоские модельки без текстур — это не очень круто. Ну что можно сделать с плоскими моделями, пусть даже они будут с освещением?

Те читатели, которые имеют опыт программирования графики наверняка знают, что видеодрайвер сам распоряжается видеопамятью с точки зрения аллокатора (механизм, управляющий выделением динамической памятью — т. е. той памятью, которая может быть выделена под объект, освобождена и затем занята другим объектом). Программист лишь создаёт текстуру, указывает число мипов и выгружает её на видеокарту — сейчас даже генерация мипов это задача видеодрайвера и самой видеокарты.

Но в Glide всё было иначе — ведь там не было понятия текстуры как объекта! Как-так? Glide позволял нам получить верхнюю и нижнюю границу адресного пространства памяти одного конкретного TMU и программист волен был выгружать текстуру куда угодно! Затем программист сохранял указатель на текстуру в видеопамяти и передавал её… в комбайнер, дабы он мог использовать текстуру по назначению! При этом TMU даже характеристики текстур не знал — эту информацию отсылал программист.

TMU поддерживает множество пиксельформатов: RGB332 (8 бит на пиксель), RGB565 (16 бит на пиксель), палитровый и собственный формат сжатия с NCC-компрессией. Тем не менее, 565 у 3dfx требует какого-то особого формата пикселей, иначе текстуры превращаются в кашу. Благо для загрузки текстур с диска, в Glide есть удобные функции и тулза texUS для создания текстур и всего набора мипов для них — gu3dfGetInfo и gu3dfLoad. Кроме того, есть функция grTexCalcMemRequired для расчета необходимого размера для текстуры в видеопамяти с учетом мипов, формата и выравнивания.

Я не стал писать сложный аллокатор, поскольку игра не требует динамической видеопамяти и может сразу загрузить уровень «пачкой», а при загрузке следующего — просто освободить всю память.

https://pastecode.io/s/ruf14177

После этого, нам необходимо загрузить текстуру в видеопамять юнита с помощью grTexDownloadMipMap.

https://pastecode.io/s/260k0nrr

Как же теперь указать текстуру для сэмплинга, ведь glBindTexture здесь нет? Для этого есть функция glTexSource, которая принимает адрес первого мипа и конфигурацию текстуры — которая хранится на стороне ЦПУ!

https://pastecode.io/s/6ouq99eo

Но если мы сейчас запустим программу, то никакой текстуры мы не увидим. Потому что сначала нужно настроить сэмплер и комбайнеры!

Для этого, мы настраиваем комбайнеры на сэмплинг текстур напрямую, без умножения на цвет вершины. Альфа-канал мы не трогаем вообще — у нас нет альфа-буфера для него.

Запускаем программу и вот результат:


Да, первая полноценная 3D-модель с текстурой! Мы реализовали половину работы видеодрайвера вручную, однако по концовке всё равно очень приятно! Игры здесь пока ещё нет — материал вышел бы слишком большим.

❯ А где практика?

К сожалению, сегодня без практической части :( Изначально я думал что у меня всё схвачено и моя материнка на 478 с AGP-слотом вполне справиться с ролью тестового стенда для нашей демки. Однако, я не учел важный факт — существовало несколько физических версий AGP и на 478 уже поздний вариант с 1.5в/0.8в уровнями.

Материал был обещан в четверг на 11 утра, времени на заказ через почту у меня не было (новый год, посылки 1.5-2 недели задерживаются только на сортировке в Краснодаре), поэтому я начал написывать всем сервисникам у себя в городе, в надежде что у кого-то лежит на складе материнка на PGA370… в любом состоянии.

И материнка нашлась! Ей оказалась поздняя ECS P6IPAT на 815 чипсете с универсальным AGP-разъемом, который поддерживал все стандарты AGP одновременно. Продавал её мужичок всего за 100 рублей, сразу с процом и охладом :) Однако возникли определенные проблемы с поднятием платы (все электролиты необходимо менять «вкруг», а нужных номиналов под рукой не оказалось, плата стартовала раза с 3го) и накатыванием винды (помер IDE-привод), поэтому практическая часть немного откладывается…

❯ Заключение

И мы приходим к выводам, что для написания 3D-игры, программист в 90-х годах должен был как минимум:

1. Иметь представлении о трансформации геометрии, что такое матрицы (геометрию можно трансформировать и без матриц, однако это не очень удобно).

2. Понимать, как работает конвейер видеокарты, что такое стейты, комбайнеры, каким образом происходит управление памятью, организация фреймбуфера и Depth-буфера.

3. Иметь представление об основных техниках в растеризации 3D-графики: что такое перспективное деление, Z-буфер, форматы вершин, фильтрация текстур, мипмаппинг, затенение по Гуро, какие-либо методы анимации, если была необходимость и т. п.

Материал получился очень объёмным, для меня это абсолютный рекорд. Я старался собрать всю информацию о 3dfx Voodoo, которую изучил и поделится с вами не только архитектурой конкретно видеокарт, но и рассказать о программировании графических API на низком уровне и подробно рассказать, как же строится изображение «под капотом» и вашей видеокарты.

Касательно баек насчет 3dfx в СНГ: я лично родился в 2001 году, так что могу судить исключительно из услышанных мной баек и историй. А какая история с 3dfx Voodoo была у вас? Пишите в комментах!
Надеюсь, материал был вам интересен. :) Статья писалась несколько бессонных ночей, дабы успеть под новый год! Больше бэкстейджа, мыслей и проектов у меня вTelegram.

Материал подготовлен при поддержке TimeWeb Cloud. Подписывайтесь на меня и @Timeweb.Cloud, дабы не пропускать новые статьи каждую неделю!