Meshlets

Um meshlet é simplesmente um subconjunto de uma malha: um número fixo de primitivos e vértices. Uma malha pode ser completamente definida por um conjunto de meshlets, e cada um consiste em um conjunto exclusivo de primitivos da malha. Chamaremos uma malha que foi convertida em uma estrutura de meshlets de meshletizada. O número fixo de primitivos e vértices usado para construir a malha meshletizada é consistente em toda a lista de meshlets e define o tamanho máximo de cada meshlet. Idealmente, cada meshlet fica o mais próximo possível desse tamanho, mas não necessariamente o preenche. O index buffer tradicional é substituído por três novas estruturas de dados: uma lista de meshlets, uma lista de índices de vértices exclusivos e uma lista de primitivos. Figura 1. Renderização de uma malha meshletizada colorida por meshlet (um dragão). Observe que os meshlets consistem em primitivos com coerência espacial razoável.

O exemplo de código a seguir é uma implementação em C++ de uma estrutura de meshlet em runtime. Esses dados descrevem completamente uma malha renderizável.

struct Meshlet
{
    // Meshlet data.
    uint VertexOffset;
    uint VertexCount;
    uint PrimitiveOffset;
    uint PrimitiveCount;

    // Culling data.
    ...
};

std::vector<MyVertex> Vertices;
std::vector<Meshlet>  Meshlets;
std::vector<uint16_t> UniqueVertexIndices;
std::vector<uint8_t>  PrimitiveIndices;

Essa estrutura de meshlets tem várias vantagens para a renderização com Mesh Shader. Cada meshlet tem um tamanho máximo fixo, o que é ideal para mapear um grupo de threads de tamanho fixo para um único meshlet e fornece um mapeamento intuitivo de thread para vértice/primitivo. As contagens de vértices e primitivos são conhecidas antecipadamente, o que elimina a necessidade de calculá-las no código do shader. Os índices de vértices já estão sem duplicatas, o que elimina transformações e exportações redundantes de vértices. Os índices de primitivos são localizados na lista de vértices do meshlet. Os meshlets também fornecem uma granularidade adicional para culling com informações espaciais e de orientação. O exemplo de código anterior mostra a inter-relação entre os novos buffers de meshlets. A lista de meshlets é uma lista simples da estrutura “meshlet” de runtime, que é, no mínimo, um deslocamento e uma contagem nas listas de índices de vértices exclusivos e de primitivos. A lista de índices de vértices exclusivos é uma lista sem duplicatas de índices no buffer de dados de vértices. A lista de primitivos define os primitivos da malha e consiste em índices na lista de índices de vértices exclusivos, localizados no deslocamento de vértices do meshlet. Figura 2. Diagrama que mostra a relação entre os buffers de meshlets.

Diagrama que mostra a relação entre os buffers de meshlets

Conversão em meshlets

Meshletizar uma malha com index buffer tradicional não exige nenhuma alteração no fluxo de trabalho dos artistas: é uma etapa procedural de pós-processamento após a criação do modelo. O index buffer tradicional também pode ser regenerado rapidamente em runtime, eliminando a necessidade de distribuir tanto index buffers tradicionais quanto buffers de meshlets. A meshletização pode ser computacionalmente complexa, por isso recomendamos que você a pré-processe offline. Um projeto de exemplo de conversor de meshlets, composto por uma biblioteca C++ e uma ferramenta de linha de comando, é fornecido pelo ATG para realizar essa conversão, junto com nossos outros exemplos, na página de downloads para desenvolvedores do XBOX. Essa ferramenta não modifica os dados de vértices em si, por isso recomendamos que você execute um otimizador de cache de vértices, como o algoritmo de Forsyth, nos dados da malha antes de meshletizá-la. Os otimizadores tendem a criar malhas mais coerentes espacialmente do que se pode esperar universalmente das ferramentas de criação de conteúdo. Heurísticas adicionais podem ser acrescentadas para equilibrar a reutilização de vértices com propriedades benéficas de culling da estrutura de malha resultante.

Renderização com meshlets

A estrutura do meshlet torna a renderização muito fácil com Mesh Shaders. Declare o tamanho do grupo de threads como o tamanho máximo do meshlet e despache um grupo de threads para cada meshlet da malha. Cada thread é responsável por processar e exportar um vértice e um primitivo. A seguir, é mostrado um exemplo simples de código de Mesh Shader que renderiza uma malha meshletizada. Primeiro, o meshlet do grupo de threads é carregado e as contagens de saída podem ser declaradas imediatamente. Por fim, PrimitiveCount threads são responsáveis por carregar e gravar os dados de índices de primitivos, e VertexCount threads carregam o índice de vértice usado para acessar os dados de vértices, fazem o sombreamento e os gravam na matriz de saída. O exemplo completo pode ser encontrado na página de downloads para desenvolvedores do XBOX. O exemplo de código a seguir é uma implementação de exemplo de um meshlet sendo renderizado por um Mesh Shader.

#define MAX_MESHLET_SIZE 128

StructureBuffer<MyVertex>   Vertices;
StructureBuffer<Meshlet>    Meshlets;
StructuredBuffer<uint>      UniqueVertexIndices;
StructureBuffer<uint3>      PrimitiveIndices;

VertexOut TransformVertex(MyVertex v) { ... }

[NumThreads(MAX_MESHLET_SIZE, 1, 1)]
[OutputTopology("triangle")]
void main(
    uint groupThreadId : SV_GroupIndex,
    uint groupId : SV_GroupID,
    out vertices VertexOut verts[MAX_MESHLET_SIZE],
    out indices uint3 tris[MAX_MESHLET_SIZE])
{
    Meshlet m = Meshlets[groupId];

    SetMeshOutputCounts(m.VertCount, m.PrimCount);

    if (groupThreadId < m.PrimCount) 
    {
        tris[groupThreadId] = PrimitiveIndices[m.PrimOffset + groupThreadId];
    }

    if (groupThreadId < m.VertCount) 
    {
        uint index = UniqueVertexIndices[m.VertOffset + groupThreadId];
        MyVertex vin = Vertices[index];

        verts[groupThreadId] = TransformVertex(vin);
    }
}

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