ระดับของรายละเอียดในงานสร้างแบบจำลอง 3 มิติคืออะไร? คู่มือฉบับสมบูรณ์

เคยสงสัยไหมว่าทำไมภูเขาที่อยู่ไกลลิบๆ นั้นไม่ทำให้ FPS ของคุณลดลง? นั่นคือเวทมนตร์ของ Level of Detail (LOD) ที่ทำงานอยู่ LOD ช่วยให้เกมทำงานได้ราบรื่นขึ้นโดยการลดความซับซ้อนของวัตถุที่อยู่ไกลออกไป—ปลดปล่อยทรัพยากรของระบบโดยที่ผู้เล่นส่วนใหญ่แทบจะไม่สังเกตเห็นความแตกต่าง

ในคู่มือนี้ เราจะอธิบาย LOD ว่าทำไมมันถึงสำคัญในเกมและแอนิเมชัน และวิธีการใช้โมเดลที่ปรับแต่งตามระยะทางเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ

Level of Detail (LOD) ในการสร้างโมเดล 3 มิติ คืออะไร?

Level of Detail (LOD) ใน การสร้างโมเดล 3 มิติ หมายถึงการสร้างหลายเวอร์ชันของโมเดล 3 มิติที่มีระดับความซับซ้อนต่างกัน — หมายถึงจำนวนโพลิกอนหรือรายละเอียดที่ต่างกัน — และสลับระหว่างพวกมันขึ้นอยู่กับระยะทางที่โมเดลอยู่จากกล้อง

แนวคิดพื้นฐานคือวัตถุที่อยู่ไกลออกไปจะแสดงเวอร์ชันที่ง่ายกว่า เพราะผู้เล่นหรือผู้ชมไม่สามารถเห็นรายละเอียดที่ละเอียดจากระยะไกลได้อยู่แล้ว สิ่งนี้ช่วยประหยัดพลังการคำนวณอย่างมากและช่วยให้เกม, การจำลอง หรือแอนิเมชันทำงานได้เร็วและราบรื่นขึ้นโดยไม่ลดทอนคุณภาพของภาพเมื่อมองใกล้ นักสร้างโมเดล 3 มิติหรือผู้พัฒนาเกมส่วนใหญ่จะสร้าง LOD หลายระดับสำหรับโมเดล เช่น LOD0 (รายละเอียดเต็ม), LOD1 (รายละเอียดน้อยลง), LOD2 (น้อยลงอีก) และอื่นๆ โดยสลับพวกมันโดยอัตโนมัติระหว่างการทำงาน

ระบบ LOD ทำงานอย่างไรในกราฟิกคอมพิวเตอร์

ระบบ LOD ถูกออกแบบมาอย่างชาญฉลาดเพื่อจัดการโมเดล 3 มิติอย่างปรับตัวได้, เพื่อให้แน่ใจว่าการจัดสรรทรัพยากรในสภาพแวดล้อมเสมือนจริงมีประสิทธิภาพ เมื่อผู้ใช้เดินทางผ่านพื้นที่เหล่านี้ ระบบเหล่านี้จะเลือกเวอร์ชันของโมเดลที่เหมาะสมจากความซับซ้อนต่างๆ โดยปรับรายละเอียดภาพให้เหมาะสมกับระยะใกล้ไกลของโมเดลจากผู้ชม การเลือกแบบไดนามิกนี้ทำให้แน่ใจว่าทรัพยากรการคำนวณถูกใช้อย่างมีประสิทธิภาพ, เพิ่มทั้งประสิทธิภาพและความคมชัดของภาพ

นอกเหนือจากการปรับความซับซ้อนของโมเดลแล้ว ระบบ LOD สมัยใหม่ยังครอบคลุมองค์ประกอบการเรนเดอร์ที่หลากหลาย, รวมถึงความละเอียดของพื้นผิวและรายละเอียดของ shader โดยการลดรายละเอียดพื้นผิวสำหรับวัตถุที่อยู่ไกลออกไป, การใช้หน่วยความจำจะถูกปรับให้เหมาะสมโดยไม่สูญเสียคุณภาพภาพที่สังเกตได้ เช่นเดียวกัน, shader สามารถถูกทำให้ง่ายขึ้นสำหรับองค์ประกอบพื้นหลัง, ลดภาระในกระบวนการเรนเดอร์และอนุญาตให้ประสิทธิภาพราบรื่นขึ้น

ที่สำคัญ, การเปลี่ยนแปลงระหว่างระดับ LOD ต่างๆ ต้องเป็นไปอย่างราบรื่นเพื่อรักษาประสบการณ์ภาพที่สอดคล้องกัน ระบบ LOD ที่ทันสมัยใช้เทคนิคที่ซับซ้อนเพื่อจัดการการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้อย่างราบรื่น, ทำให้แน่ใจว่าประสบการณ์ของผู้ชมไม่ถูกขัดจังหวะด้วยการเปลี่ยนแปลงที่ฉับพลัน

การจัดการอย่างระมัดระวังนี้มีความสำคัญต่อการนำเสนอภาพคุณภาพสูงที่รักษาประสิทธิภาพที่สม่ำเสมอ, เน้นความสำคัญของระบบ LOD ในกราฟิกคอมพิวเตอร์สมัยใหม่

ประเภทของเทคนิค LOD

เทคนิค Level of Detail เป็นพื้นฐานสำหรับการปรับสมดุลระหว่างประสิทธิภาพกับความคมชัดของภาพในโมเดล 3 มิติ Discrete LOD (DLOD) เสนอวิธีการที่เป็นระบบโดยการให้หลายเวอร์ชันของโมเดล, แต่ละเวอร์ชันถูกปรับให้เหมาะสมสำหรับระยะการมองเห็นเฉพาะ เวอร์ชันเหล่านี้ถูกสร้างขึ้นด้วยมือหรือปรับแต่งผ่านอัลกอริธึม, ทำให้แน่ใจว่าภาระประสิทธิภาพถูกจัดการอย่างมีประสิทธิภาพขึ้นอยู่กับตำแหน่งของผู้ชมสัมพันธ์กับโมเดล

Discrete LOD (DLOD)

วิธีการที่มีโครงสร้างของ DLOD ทำให้มันเป็นตัวเลือกที่เชื่อถือได้ในการพัฒนาเกมและแอปพลิเคชันเรียลไทม์ แต่ละเวอร์ชันของโมเดลถูกออกแบบมาเพื่อรักษาลักษณะภาพที่สำคัญในขณะที่เพิ่มประสิทธิภาพการใช้ทรัพยากร อย่างไรก็ตาม, การเปลี่ยนแปลงระหว่างเวอร์ชันเหล่านี้ต้องการการจัดการอย่างระมัดระวังเพื่อหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนแปลงที่สังเกตได้ซึ่งสามารถขัดขวางการดื่มด่ำ นักพัฒนามักใช้เทคนิคเช่นการผสมผสานอย่างค่อยเป็นค่อยไปเพื่อทำให้การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ราบรื่น, ช่วยรักษาประสบการณ์ภาพที่สอดคล้องกันที่สอดคล้องกับความคาดหวังของผู้ใช้ในสภาพแวดล้อมที่มีความคมชัดสูง

Continuous LOD (CLOD)

Continuous LOD (CLOD) ปรับเปลี่ยนความซับซ้อนของโมเดลแบบไดนามิกในเวลาจริง เพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของสภาพการมองเห็น แตกต่างจากคู่ขนานแบบแยกส่วน CLOD มอบการลดรายละเอียดที่ราบรื่นและต่อเนื่อง ซึ่งมีความสำคัญในการรักษาความสอดคล้องในสภาพแวดล้อมภาพที่ซับซ้อน

มันช่วยให้สามารถเพิ่มประสิทธิภาพของส่วนที่มองเห็นของโมเดล ในขณะที่ทำให้พื้นที่ที่มีความสำคัญน้อยกว่าง่ายขึ้น จึงช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการจัดสรรทรัพยากรโดยไม่ลดทอนรายละเอียดในที่ที่จำเป็น แม้ว่าจะมีความท้าทายในการนำไปใช้มากกว่า แต่ความสามารถของ CLOD ในการมอบคุณภาพภาพที่สม่ำเสมอทำให้มันมีประโยชน์อย่างมากในแอปพลิเคชันที่ต้องการทั้งประสิทธิภาพสูงและความเป็นเลิศทางภาพ

LOD ในการพัฒนาเกม

ในการพัฒนาเกม การจัดการความซับซ้อนของกราฟิกเป็นส่วนสำคัญของการสร้างโลกที่ใหญ่และมีรายละเอียด เครื่องยนต์เกมอย่าง Unreal และ Unity มีเครื่องมือในตัวที่ช่วยในเรื่องนี้ พวกมันปรับรายละเอียดของโมเดลโดยอัตโนมัติตามระยะห่างจากกล้อง เพื่อให้ระบบสามารถมุ่งเน้นพลังงานในที่ที่สำคัญที่สุด

การใช้ LOD อย่างถูกต้องเป็นกุญแจสำคัญในการทำให้เกมทำงานได้อย่างราบรื่น นักพัฒนาตั้งค่ารุ่นต่างๆ ของโมเดล เช่น LOD0 ที่มีรายละเอียดเต็มและ LOD4 หรือ LOD5 ที่มีรูปร่างง่ายขึ้นมาก ด้วยวิธีนี้ สิ่งที่อยู่ใกล้ผู้เล่นจะดูน่าทึ่ง ในขณะที่วัตถุที่อยู่ไกลจะไม่สิ้นเปลืองทรัพยากรเพิ่มเติม

เนื่องจากเกมต้องทำงานได้ดีบนทุกอย่างตั้งแต่พีซีที่ทรงพลังไปจนถึงโทรศัพท์มือถือ การปรับสมดุลระหว่างรูปลักษณ์และประสิทธิภาพจึงเป็นสิ่งสำคัญ ระบบ LOD ช่วยโดยการทำให้แน่ใจว่าโมเดลได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับอุปกรณ์ต่างๆ ด้วยการตั้งค่า LOD ที่ดี ผู้เล่นจะได้รับกราฟิกที่ยอดเยี่ยมและประสิทธิภาพที่เสถียร ไม่ว่าจะเล่นบนอุปกรณ์ใดก็ตาม

LOD ใน XR และความจริงเสมือน

ในสภาพแวดล้อม XR และ VR การรักษาประสบการณ์ที่ราบรื่นเป็นสิ่งสำคัญทุกอย่าง ระบบ LOD ช่วยโดยการทำให้แน่ใจว่าคอมพิวเตอร์มุ่งเน้นไปที่การเรนเดอร์สิ่งที่ผู้ใช้กำลังมองเห็น ในขณะที่ใช้ทรัพยากรน้อยลงในพื้นหลัง สิ่งนี้ทำให้ภาพคมชัดและประสบการณ์ที่ดื่มด่ำโดยไม่ทำให้ระบบทำงานหนักเกินไป

เนื่องจาก VR ต้องการภาพสองภาพพร้อมกันเพื่อสร้างความลึก การจัดการรายละเอียดอย่างชาญฉลาดจึงมีความสำคัญมากขึ้น ระบบ LOD ทำให้วัตถุที่อยู่ใกล้ผู้ใช้คมชัดและมีรายละเอียด ในขณะที่ทำให้สิ่งต่างๆ ที่ขอบง่ายขึ้น ความสมดุลที่ระมัดระวังนี้ช่วยป้องกันการล่าช้าหรือความผิดพลาดทางภาพที่อาจทำลายความรู้สึกของการอยู่ภายในโลกเสมือน

บนอุปกรณ์ XR มือถือที่มีข้อจำกัดด้านฮาร์ดแวร์มากขึ้น กลยุทธ์ LOD จึงมีความสำคัญยิ่งขึ้น นักพัฒนาต้องเพิ่มประสิทธิภาพไม่เพียงแต่โมเดลเท่านั้น แต่ยังรวมถึงพื้นผิวและเชดเดอร์เพื่อให้ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ ด้วยการปรับแต่งอย่างชาญฉลาด เป็นไปได้ที่จะมอบประสบการณ์ที่สวยงามและโต้ตอบได้ซึ่งทำงานได้ดีในอุปกรณ์หลากหลายประเภท

LOD สำหรับการพิมพ์ 3 มิติและการผลิตจริง

ในการพิมพ์ 3 มิติ ระดับของรายละเอียด (LOD) มีบทบาทสำคัญในการทำให้แน่ใจว่าวัตถุที่พิมพ์ตรงกับโมเดลดิจิทัลอย่างแม่นยำ แตกต่างจากในโลกดิจิทัลที่ LOD เกี่ยวกับประสิทธิภาพ การพิมพ์ 3 มิติต้องการการเน้นที่รายละเอียดสูงและจำนวนพอลิกอนเพื่อความแม่นยำทางกายภาพ มันเกี่ยวกับการทำให้แน่ใจว่าการพิมพ์สะท้อนทุกความละเอียดอ่อนของการออกแบบดิจิทัล

เมื่อ เตรียมโมเดลสำหรับการพิมพ์ 3 มิติ การใช้ LOD อย่างดีสามารถช่วยลดขนาดไฟล์โดยไม่สูญเสียรายละเอียดสำคัญ โดยการทำให้ส่วนที่มีความสำคัญน้อยกว่าง่ายขึ้น นักออกแบบสามารถประหยัดวัสดุและเวลาการพิมพ์ในขณะที่รักษาคุณสมบัติสำคัญไว้ได้ สิ่งนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งในการออกแบบที่ซับซ้อนซึ่งความแม่นยำมีความสำคัญและข้อจำกัดทางเทคโนโลยีต้องได้รับการพิจารณา

LOD ไม่ได้เกี่ยวกับเรขาคณิตเท่านั้น—มันยังใช้กับคุณสมบัติวัสดุด้วย ตัวอย่างเช่น โมเดลการเรนเดอร์ที่ใช้ฟิสิกส์ (PBR) ใช้พื้นผิวและวัสดุที่เลียนแบบลักษณะของโลกจริง โดยการปรับระดับ LOD โมเดลเหล่านี้ไม่เพียงแต่ดูดี แต่ยังทำให้แน่ใจว่าวัตถุที่พิมพ์มีความแข็งแรงและใช้งานได้จริงในโลกจริง

การสร้างและเพิ่มประสิทธิภาพ LOD ด้วย AI

เครื่องมือที่ขับเคลื่อนด้วย AI สำหรับการสร้างโมเดล LOD

การเพิ่มเครื่องมือที่ขับเคลื่อนด้วย AI ลงในกระบวนการทำงาน LOD ของคุณเป็นการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่สำหรับการสร้างแบบจำลองและการเรนเดอร์ 3D ด้วยเครื่องมือ AI สมัยใหม่อย่าง Meshy การสร้างเวอร์ชัน LOD ที่แตกต่างจากโมเดลที่มีรายละเอียดสูงจะเร็วและง่ายขึ้นมาก

ตัวอย่างเช่น โมเดลตัวละครที่มีรายละเอียดสูงพร้อมจำนวนโพลีเป้าหมายกว่า 100k สามารถทำให้เรียบง่ายลงเหลือเพียง 3k โพลี ในขณะที่ยังคงรักษาความสมจริงทางภาพไว้ พร้อมสำหรับการใช้งานบนมือถือ คุณเพียงแค่ใส่คำบรรทัดหนึ่งหรืออัปโหลดภาพเพื่อเลือกโมเดลที่สามารถทำให้เรียบง่ายได้ ดังนั้นประสิทธิภาพจะดีขึ้นโดยไม่สูญเสียคุณภาพ

เครือข่ายประสาทใน LOD Rendering

วิธีการ LOD ใหม่ยังใช้การเรนเดอร์ด้วยเครือข่ายประสาท ซึ่งยกระดับสิ่งต่างๆ ขึ้นไปอีกขั้น เครือข่ายประสาทช่วยทำนายและเพิ่มรายละเอียดในที่ที่จำเป็น ทำให้โมเดลดูสมจริงยิ่งขึ้นในขณะที่ปรับปรุงประสิทธิภาพ

วิธีการเรนเดอร์ด้วยเครือข่ายประสาท เช่น DLSS ของ NVIDIA หรือระบบที่ใช้ NeRF สามารถเพิ่มความละเอียดของโมเดลที่มีความละเอียดต่ำในเวลาจริง โดยรักษาความคมชัดของขอบและรายละเอียดพื้นผิวที่ละเอียดอ่อน สิ่งนี้ทำให้ระบบ LOD มีน้ำหนักเบามากขึ้นโดยไม่ลดทอนคุณภาพของภาพ

แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดสำหรับการใช้งาน LOD

1. เริ่มต้นด้วยโมเดลพื้นฐานที่มีรายละเอียดสูง

การตั้งค่า LOD ที่ดีเริ่มต้นด้วยโมเดลพื้นฐานที่มีรายละเอียดสูง ซึ่งจะถูกทำให้เรียบง่ายในขั้นตอนต่อไป ด้วยวิธีนี้ คุณจะรักษาระดับรายละเอียดที่ดีที่สุดไว้ที่แกนกลาง และทำให้ส่วนที่เหลือเรียบง่ายเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพโดยไม่สูญเสียรูปลักษณ์โดยรวม การเน้นอยู่ที่การลดความซับซ้อนในส่วนที่มองเห็นได้น้อยลงในขณะที่รักษาคุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของโมเดลไว้

2. พลังของ Normal Maps ใน LOD

การใช้เทคนิคเช่นการแมปปกติช่วยเพิ่มรายละเอียดพื้นผิวโดยไม่เพิ่มเรขาคณิต สิ่งนี้ทำให้โมเดลดูสมจริงยิ่งขึ้นโดยจำลองพื้นผิวและความลึก แม้ในเวอร์ชันที่เรียบง่ายขึ้น มันเป็นกุญแจสำคัญในการรักษาโมเดลให้ดูมีรายละเอียด แม้ว่าจะไม่ซับซ้อนทางเรขาคณิตก็ตาม

3. ให้ผู้เล่นเลือกประสิทธิภาพของตนเอง

เพื่อให้แน่ใจว่าทุกอย่างทำงานได้อย่างราบรื่น สิ่งสำคัญคือต้องทดสอบการเปลี่ยน LOD ในสภาพจริง การอนุญาตให้ผู้ใช้ปรับระดับรายละเอียดตามอุปกรณ์ของตนทำให้ประสบการณ์เป็นส่วนตัวมากขึ้น แม้ว่าระบบ LOD อัตโนมัติจะสามารถเร่งความเร็วได้ แต่การปรับด้วยตนเองยังคงจำเป็นเพื่อให้มั่นใจในคุณภาพสูงสุดในอุปกรณ์ต่างๆ

บทสรุป

โดยสรุป การทำความเข้าใจระดับของรายละเอียด (LOD) เป็นสิ่งสำคัญสำหรับทุกคนที่เข้าสู่การสร้างแบบจำลอง 3D การพัฒนาเกม หรือประสบการณ์ XR โดยการจัดการความซับซ้อนของโมเดลอย่างมีประสิทธิภาพ คุณสามารถมั่นใจได้ว่าโครงการของคุณทำงานได้อย่างราบรื่นและดูดี ไม่ว่าคุณจะทำงานเกี่ยวกับการเรนเดอร์แบบเรียลไทม์หรือเตรียมโมเดลสำหรับการพิมพ์ 3D การเชี่ยวชาญ LOD สามารถปรับปรุงทั้งประสิทธิภาพและความน่าดึงดูดทางภาพ

ด้วย AI ที่มีบทบาทมากขึ้นในกระบวนการทำงานของ LOD ศักยภาพสำหรับประสิทธิภาพและความสมจริงที่มากขึ้นนั้นน่าตื่นเต้นกว่าที่เคย เครื่องมืออย่าง Meshy ทำให้การสร้างหลายระดับของรายละเอียดเป็นเรื่องง่ายโดยอัตโนมัติ คุณสมบัติที่ทรงพลังและอินเทอร์เฟซที่เป็นมิตรกับผู้เริ่มต้นหมายความว่าคุณสามารถเริ่มต้นได้โดยไม่ต้องมีการเรียนรู้ที่ยากลำบาก การติดตามนวัตกรรมเหล่านี้ช่วยให้คุณก้าวล้ำหน้าในโลกที่เคลื่อนไหวอย่างรวดเร็วของการสร้างสรรค์ดิจิทัล