Origen flotante

El origen flotante es una técnica de renderizado 3D utilizada principalmente en gráficos de videojuegos , donde la cámara virtual se usa como origen de coordenadas en lugar de un punto predefinido, generalmente ubicado en el centro de la escena virtual. En lugar de mover la cámara para cambiar la toma, toda la escena se desplaza mientras la cámara permanece siempre en el origen. Un método alternativo, llamado desplazamiento de origen , ajusta el mundo y la cámara al origen de coordenadas después de mover la cámara a una distancia específica del origen. Estos métodos se utilizan normalmente en videojuegos 3D con mundos grandes o infinitamente generados proceduralmente para evitar fallos de renderizado causados ​​por la pérdida de precisión en la aritmética de punto flotante al mover la cámara o al jugador lejos del origen.

La gran mayoría de los juegos 3D utilizan puntos flotantes para representar coordenadas , lo que tiene la ventaja de representar con precisión el mundo cerca de su origen; sin embargo, la precisión se reduce a la mitad por cada potencia de dos unidades que se alejan del origen. ^{[ 1 ]} Con el formato de punto flotante de precisión simple ( IEEE 754 de 32 bits ), la precisión se reduce lo suficiente como para no calcular fracciones después de 8.388.608 unidades. A medida que la precisión disminuye más lejos, las coordenadas enteras se omiten a menos que sean divisibles por una potencia de dos, y esta potencia y el número de enteros omitidos aumentan a medida que la precisión continúa reduciéndose a la mitad hasta que las coordenadas finalmente se redondean al infinito después de 170 undecillones (${\displaystyle 2^{127}}$) unidades de distancia del origen de coordenadas. ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}

Los videojuegos que utilizan el método tradicional de tener el centro del mundo como origen sufren de fallos gráficos, físicos y de terreno a grandes distancias que se vuelven progresivamente más graves a medida que el jugador se aleja. ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]} El artefacto más común es una vibración espacial gráfica causada por los vértices en las mallas poligonales que se ajustan a la coordenada disponible más cercana. ^{[ 1 ]} El uso de formatos más precisos, como el formato de punto flotante de doble precisión , ayuda a posponer los efectos de la distancia a coordenadas más lejanas, pero a un costo computacional. El método de origen flotante permite viajar mayores distancias sin errores de precisión, ya que la precisión de las coordenadas se pierde a medida que el objeto se aleja de la cámara en lugar de un punto arbitrario en el mundo. El método también permite usar formatos menos precisos pero de mayor rendimiento, como el formato de punto flotante de media precisión, que de otro modo sería inviable. ^{[ 4 ]}

Una implementación común del método de origen flotante implica una transformación geométrica del mundo alrededor de la cámara estacionaria, de modo que parezca que la cámara misma se mueve y rota. ^{[ 2 ]} Se cree que este enfoque fue desarrollado por Christopher G. Thorne en 2005. ^{[ 1 ] [ 6 ]} Si es necesario, se puede utilizar un formato de punto flotante de mayor precisión para representar la posición absoluta de los objetos. ^{[ 8 ]} Alternativamente, el mundo y la cámara pueden ajustarse al origen después de alcanzar un umbral de distancia específico. Dependiendo de la implementación, este enfoque puede ser más eficiente. ^{[ 3 ] [ 7 ] [ 9 ]} Esta técnica se denomina a menudo desplazamiento de origen. ^{[ 4 ] [ 10 ] [ 11 ]}

Se ha comprobado que Floating Origin funciona tanto en modo individual como multijugador. La verificación incluyó demostrar que todos los jugadores permanecen en el origen, que la interacción y la física funcionan con normalidad y que todo el movimiento relativo se comporta con normalidad. Un ejemplo reciente de esta comprobación se puede encontrar en el vídeo de YouTube titulado "Digital Relativism: Networked multiplayer Floating Origin verification".

Cabe señalar que existen ideas erróneas sobre la viabilidad del origen flotante en juegos multijugador. Por ejemplo: 1. Puede haber problemas con el uso de múltiples cámaras que emplean esta técnica. 2. Con un jugador en el origen, los demás jugadores sufren los efectos de la distancia. 3. El uso de cálculos de coordenadas del lado del cliente , que generalmente se limitan a cálculos gráficos. ^{[ 8 ]}

• aritmética de precisión arbitraria