Revestimiento de azulejos

La renderización por mosaicos consiste en subdividir una imagen gráfica mediante una cuadrícula regular en el espacio óptico y renderizar cada sección de la cuadrícula, o mosaico , por separado. La ventaja de este diseño radica en la reducción del consumo de memoria y ancho de banda en comparación con los sistemas de renderización en modo inmediato , que dibujan el fotograma completo de una sola vez. Esto ha hecho que los sistemas de renderización por mosaicos sean especialmente comunes en dispositivos portátiles de bajo consumo . La renderización por mosaicos se conoce a veces como arquitectura de "ordenación intermedia", ya que realiza la ordenación de la geometría en la parte central del proceso gráfico , en lugar de cerca del final. ^{[ 1 ]}

La creación de una imagen 3D para su visualización consta de una serie de pasos. Primero, los objetos que se van a mostrar se cargan en la memoria a partir de modelos individuales . A continuación, el sistema aplica funciones matemáticas para transformar los modelos a un sistema de coordenadas común, la vista del mundo . A partir de esta vista del mundo, se crea una serie de polígonos (normalmente triángulos) que se aproximan a los modelos originales tal como se ven desde un punto de vista particular, la cámara . Luego, un sistema de composición produce una imagen renderizando los triángulos y aplicando texturas en el exterior. Las texturas son pequeñas imágenes que se pintan sobre los triángulos para producir realismo. La imagen resultante se combina con varios efectos especiales y se mueve a un búfer de fotogramas , que el hardware de vídeo escanea para producir la imagen mostrada. Este esquema conceptual básico se conoce como la canalización de visualización .

Cada uno de estos pasos aumenta la cantidad de memoria necesaria para almacenar la imagen resultante. Al llegar al final del proceso, las imágenes son tan grandes que las tarjetas gráficas suelen utilizar memoria especializada de alta velocidad y un bus de red muy rápido para proporcionar el ancho de banda necesario para transferir la imagen entre los distintos subcomponentes del proceso. Este tipo de soporte es posible en tarjetas gráficas dedicadas, pero a medida que las limitaciones de potencia y tamaño se reducen, proporcionar suficiente ancho de banda resulta costoso en términos de diseño.

Los renderizadores basados ​​en mosaicos solucionan este problema dividiendo la imagen en secciones llamadas mosaicos y renderizando cada una por separado. Esto reduce la cantidad de memoria necesaria durante los pasos intermedios y la cantidad de datos que se transfieren en un momento dado. Para ello, el sistema ordena los triángulos que componen la geometría por ubicación, lo que permite encontrar rápidamente qué triángulos se superponen con los límites de los mosaicos. A continuación, carga solo esos triángulos en la canalización de renderizado, realiza las distintas operaciones de renderizado en la GPU y envía el resultado al búfer de fotogramas . Se pueden usar mosaicos muy pequeños; los tamaños de mosaico más comunes son 16×16 y 32×32 píxeles, lo que también reduce la cantidad de memoria y ancho de banda necesarios en las etapas internas. Y como cada mosaico es independiente, se presta naturalmente a una paralelización sencilla.

En un renderizador de mosaicos típico, la geometría debe transformarse primero al espacio de la pantalla y asignarse a los mosaicos de dicho espacio. Esto requiere cierto almacenamiento para las listas de geometría de cada mosaico. En los primeros sistemas de mosaicos, esto lo realizaba la CPU , pero todo el hardware moderno incluye hardware para acelerar este paso. La lista de geometría también puede ordenarse de adelante hacia atrás, lo que permite a la GPU usar la eliminación de superficies ocultas para evitar procesar píxeles que están ocultos detrás de otros, ahorrando ancho de banda de memoria al evitar búsquedas de texturas innecesarias. ^{[ 2 ]}

El enfoque de renderizado por teselas presenta dos desventajas principales. Una es que algunos triángulos pueden dibujarse varias veces si se superponen a varias teselas. Esto implica que el tiempo total de renderizado sería mayor que en un sistema de renderizado en modo inmediato. También pueden surgir problemas al unir las teselas para formar una imagen completa, aunque este problema se resolvió hace tiempo . Más difícil de solucionar es que algunas técnicas de imagen se aplican al fotograma en su conjunto, y su implementación en un renderizado por teselas resulta compleja, ya que la idea es no tener que trabajar con todo el fotograma. Estas desventajas son bien conocidas y de poca importancia para los sistemas donde las ventajas resultan útiles; los sistemas de renderizado por teselas se encuentran ampliamente en dispositivos informáticos portátiles.

La representación en mosaico no debe confundirse con los esquemas de direccionamiento de búfer de fotogramas en mosaico/no lineales , que hacen que los píxeles adyacentes también sean adyacentes en la memoria. ^{[ 3 ]} Estos esquemas de direccionamiento son utilizados por una amplia variedad de arquitecturas, no solo por los renderizadores en mosaico.

Gran parte del trabajo inicial sobre renderizado por mosaicos se realizó como parte de la arquitectura Pixel Planes 5 (1989). ^{[ 4 ] [ 5 ]}

El proyecto Pixel Planes 5 validó el enfoque de teselado e inventó muchas de las técnicas que ahora se consideran estándar para los renderizadores de teselado. Es el trabajo más citado en otros artículos del campo.

El método de teselado también se conocía desde los inicios de la renderización por software. Las implementaciones de la renderización de Reyes suelen dividir la imagen en "cubos de teselas".

En los inicios del desarrollo de las GPU para ordenadores de sobremesa, varias empresas desarrollaron arquitecturas modulares. Con el tiempo, estas fueron sustituidas en gran medida por GPU de modo inmediato con sistemas de memoria externa personalizados y de alta velocidad.

Los principales ejemplos de esto son:

• Arquitectura de renderizado PowerVR (1996): El rasterizador consistía en un mosaico de 32×32 en el que los polígonos se rasterizaban a través de la imagen en paralelo, abarcando múltiples píxeles . En las primeras versiones para PC , el mosaico se realizaba en el controlador de pantalla que se ejecutaba en la CPU . En la aplicación para la consola Dreamcast , el mosaico se realizaba mediante un componente de hardware. Esto facilitaba el renderizado diferido : solo los píxeles visibles se mapeaban con texturas , lo que ahorraba cálculos de sombreado y ancho de banda de textura .
• Oak Technology (1997) Warp 5. El chip Oak es el primero en el mercado en combinar el mosaico con otros algoritmos de renderizado de alto rendimiento, como el suavizado de bordes y las texturas mipmapped trilineales, según Jon Peddie, presidente de Jon Peddie Associates. ^{[ 6 ]}
• Microsoft Talismán (1996)
• Dreamcast (con chipset PowerVR) (1998)
• Gigapixel GP-1 (1999) ^{[ 7 ]}
• GPU Intel Larrabee (2009) (cancelada)
• PS Vita (con chipset PowerVR) (2011) ^{[ 8 ]}
• GPU de Nvidia basadas en la arquitectura Maxwell y arquitecturas posteriores (2014) ^{[ 9 ]}
• GPU de AMD basadas en la arquitectura Vega (GCN5) y arquitecturas posteriores (2017) ^{[ 10 ] [ 11 ]}
• GPU Intel Gen11 y arquitecturas posteriores (2019) ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]}

Ejemplos de arquitecturas no segmentadas que utilizan grandes búferes en el chip son:

• Xbox 360 (2005): la GPU contiene una eDRAM integrada de 10 MB ; esto no es suficiente para mantener el raster para una imagen completa de 1280 × 720 con antialiasing multisample 4× , por lo que se superpone una solución de mosaico cuando se ejecuta en resoluciones HD y se habilita el MSAA 4×. ^{[ 15 ]} 
• Xbox One (2013): la GPU contiene una eSRAM integrada de 32 MB , que puede usarse para almacenar la totalidad o parte de una imagen. No es una arquitectura de mosaico, pero es lo suficientemente flexible como para que los desarrolladores de software puedan emular la renderización de mosaico. ^{[ 16 ]} 

Debido al ancho de banda de memoria externa relativamente bajo y a la modesta cantidad de memoria integrada requerida, la renderización por mosaicos es una tecnología popular para las GPU integradas. Algunos ejemplos actuales incluyen:

Renderizado en modo inmediato basado en mosaicos (TBIM):

• Serie ARM Mali . ^{[ 17 ]}
• Qualcomm Adreno (la serie 300 y posteriores también pueden cambiar dinámicamente al modo de renderizado inmediato/directo a través de FlexRender). ^{[ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]}

Renderizado diferido basado en mosaicos (TBDR):

• Serie Arm Mali . ^{[ 21 ]}
• Serie PowerVR 5/6/7 de Imagination Technologies . ^{[ 22 ]}
• Serie Broadcom VideoCore IV . ^{[ 23 ]}
• GPU de silicio de Apple . ^{[ 24 ]}

Vivante fabrica GPU móviles con memoria de búfer de fotogramas estrechamente acoplada (similar a la GPU de Xbox 360 descrita anteriormente). Si bien esto puede usarse para renderizar partes de la pantalla, el gran tamaño de las regiones renderizadas hace que no se suela describir como una arquitectura basada en mosaicos.

• Teselación (gráficos por computadora)
• Atlas de texturas
• Renderizado por líneas de exploración
• Videojuego basado en fichas
• Servicio de mosaicos de mapas web
• Modo inmediato (gráficos por computadora)