Mode 7 в SNES — это не трёхмерная графика, а одна матрица на каждую строку экрана

Графический процессор Super Nintendo умеет восемь режимов фона. Седьмой отличается от остальных тем, что даёт всего один слой фона — большой, 1024 на 1024 точки, в 256 цветах — но зато перед выводом пропускает координаты через матрицу два на два, которую задают четыре регистра, с отдельной точкой поворота и смещениями.

Матрица два на два умеет ровно три вещи: поворот, масштаб и сдвиг. Это называется аффинным преобразованием, и никакой перспективы в нём нет. То есть сам по себе Mode 7 не рисует трёхмерное пространство. Он рисует плоскую картинку, которую можно крутить и приближать.

Где появляется дорога

Перспектива берётся из другого места, и это самая интересная часть. Регистры матрицы можно менять не раз в кадр, а построчно, через механизм HDMA — прямой доступ к памяти, привязанный к горизонтальной развёртке.

Дальше арифметика простая. Верхние строки экрана — это то, что далеко, значит, там нужен сильный сжимающий масштаб: в одну строку помещается большой кусок текстуры. Нижние строки — то, что близко, там масштаб крупный. Если пересчитывать коэффициенты для каждой из двухсот двадцати четырёх строк кадра, плоскость уезжает к горизонту и превращается в дорогу.

Трёхмерности нет в чипе. Она в том, что на каждой строке матрица другая, и кто-то заранее посчитал, какая именно.

Чем за это платят

Единственный слой фона уходит на пол. Это значит, что настоящего заднего плана уже нет и всё остальное приходится делать спрайтами: соперники, ограждения, интерфейс, небо. В F-Zero, вышедшей 21 ноября 1990 года вместе с самой приставкой, машины не поворачиваются — это заранее нарисованные кадры спрайта, подставляемые по углу поворота. Ощущение объёма собирается из плоской дороги и плоских картинок над ней.

Super Mario Kart 1992 года добавила к тому же приёму вторую сложность: разделённый экран. Две половины требуют двух независимых наборов коэффициентов плюс место под интерфейс, и одного центрального процессора на такую математику уже не хватало. Поэтому в картридж положили отдельный чип DSP-1, считающий перспективные преобразования.

Это важная деталь про архитектуру SNES вообще: серьёзные вычисления приставка получала из картриджа. За DSP-1 последовал Super FX в Star Fox 1993 года — фактически второй процессор, вставляемый в разъём вместе с игрой.

Зачем это помнить

Mode 7 — образцовый пример эффекта, который на девяносто процентов состоит из дисциплины программиста и на десять из возможности железа, но вошёл в историю как возможность железа. У Mega Drive такого режима не было, и разработчики делали то же самое программно, расплачиваясь временем процессора: дорога в портах OutRun и бонусные этапы Sonic собраны руками.

Сегодняшний словарь устроен так же. Аппаратная трассировка лучей, сетчатые шейдеры, масштабирование нейросетью — это примитивы. Что из них получится, зависит от того, кто и как их вызывает каждый кадр. Маркетинг продаёт примитив, а видим мы всегда чужую работу поверх него.