renderização de cenas por traçado de raios na placa gráfica
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Renderização de cenas por traçado de raios na Placa Gráfica. Fabiano Segadaes Romeiro Sistemas Gráficos 3D IMPA. Sumário. Introdução Programação da Placa Gráfica Traçado de raios na esfera Renderização da Cena Resultados. Introdução. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
RenderizaçãoRenderização de cenas de cenas por traçado de raios na por traçado de raios na
Placa GráficaPlaca Gráfica
Fabiano Segadaes RomeiroFabiano Segadaes Romeiro
Sistemas Gráficos 3DSistemas Gráficos 3DIMPAIMPA
SumárioSumário
► IntroduçãoIntrodução►Programação da Placa GráficaProgramação da Placa Gráfica►Traçado de raios na esferaTraçado de raios na esfera►Renderização da CenaRenderização da Cena►ResultadosResultados
IntroduçãoIntrodução
►Dada uma descrição Dada uma descrição de cena no formato de cena no formato apresentado na apresentado na biblioteca do curso, biblioteca do curso, realizar a sua realizar a sua renderização por renderização por traçado de raios na traçado de raios na placa gráfica placa gráfica utilizando esferas utilizando esferas como primitivas. como primitivas.
IntroduçãoIntrodução
►Ponto fundamental: utilização da placa Ponto fundamental: utilização da placa gráfica para realizar o traçado de gráfica para realizar o traçado de raios.raios.
►Vantagens: o traçado de raios pode Vantagens: o traçado de raios pode ser realizado de maneira bem mais ser realizado de maneira bem mais rápida, sem ocupar a cpu.rápida, sem ocupar a cpu.
Programação da Placa Programação da Placa GráficaGráfica
►Utilização da linguagem Cg e do Utilização da linguagem Cg e do OpenGL juntamente com a interface OpenGL juntamente com a interface CgGL para a implementação.CgGL para a implementação.
Programação da Placa Gráfica Programação da Placa Gráfica Localização do VP e do FP no pipeline da GPULocalização do VP e do FP no pipeline da GPU
►Vertex Program: chamado para cada Vertex Program: chamado para cada vértice dos polígonos.vértice dos polígonos.
►Fragment Program: chamado para Fragment Program: chamado para cada pixel dos polígonos.cada pixel dos polígonos.
Programação da Placa Gráfica Programação da Placa Gráfica Localização do VP e do FP no pipeline da GPULocalização do VP e do FP no pipeline da GPU
Traçado de raios da esferaTraçado de raios da esfera► EstruturaEstrutura de dados usada na de dados usada na implementaçãoimplementação::
GLfloat cube[6][4][3]; // GLfloat cube[6][4][3]; // CuboCubo unitáriounitário centrado na origem de lado 2 centrado na origem de lado 2 // [-1,1]x[-1,1]x[-1,1]// [-1,1]x[-1,1]x[-1,1]
void draw_sphere(GLfloat s_center[3], GLfloat s_radius)void draw_sphere(GLfloat s_center[3], GLfloat s_radius){ {
int x; int x;
// Set the variables on the VP and the FP // Set the variables on the VP and the FP cgGLSetParameter4f(center, s_center[0], s_center[1], s_center[2], 1.0f);cgGLSetParameter4f(center, s_center[0], s_center[1], s_center[2], 1.0f); cgGLSetParameter4f(center_fp, s_center[0], s_center[1], s_center[2], 1.0f); cgGLSetParameter4f(center_fp, s_center[0], s_center[1], s_center[2], 1.0f); cgGLSetParameter4f(light, light_cg[0],light_cg[1], light_cg[2], 0.0f); cgGLSetParameter4f(light, light_cg[0],light_cg[1], light_cg[2], 0.0f);
// Pass a cube to the pipeline and let the VP/FP // Pass a cube to the pipeline and let the VP/FP raytraceraytrace an inscribed sphere in it. an inscribed sphere in it. float factor = s_radius; float factor = s_radius; glBegin(GL_QUADS); glBegin(GL_QUADS); for (x = 0; x < 6; x++) for (x = 0; x < 6; x++) { { glVertex3f(s_center[0] + factor*cube[x][0][0],s_center[1] + factor*cube[x][0][1],s_center[2] + factor*cube[x][0][2]); glVertex3f(s_center[0] + factor*cube[x][0][0],s_center[1] + factor*cube[x][0][1],s_center[2] + factor*cube[x][0][2]);
glVertex3f(s_center[0] + factor*cube[x][1][0],s_center[1] + factor*cube[x][1][1],s_center[2] + factor*cube[x][1][2]); glVertex3f(s_center[0] + factor*cube[x][1][0],s_center[1] + factor*cube[x][1][1],s_center[2] + factor*cube[x][1][2]);
glVertex3f(s_center[0] + factor*cube[x][2][0],s_center[1] + factor*cube[x][2][1],s_center[2] + factor*cube[x][2][2]); glVertex3f(s_center[0] + factor*cube[x][2][0],s_center[1] + factor*cube[x][2][1],s_center[2] + factor*cube[x][2][2]);
glVertex3f(s_center[0] + factor*cube[x][3][0],s_center[1] + factor*cube[x][3][1],s_center[2] + factor*cube[x][3][2]); glVertex3f(s_center[0] + factor*cube[x][3][0],s_center[1] + factor*cube[x][3][1],s_center[2] + factor*cube[x][3][2]);
} }
glEnd();glEnd();}}
Traçado de raios da esfera Traçado de raios da esfera Estruturas de dados Estruturas de dados
► Parâmetros de entrada são setados no programa principal antes da renderização, Parâmetros de entrada são setados no programa principal antes da renderização, através da API CgGL. através da API CgGL.
struct appdata struct appdata {{
float4 position : POSITION;float4 position : POSITION;float4 color : COLOR0;float4 color : COLOR0;
float4 lightfloat4 light : COLOR1; : COLOR1; float4 camera : TEXCOORD0;float4 camera : TEXCOORD0;};};
► A saída do Vertex Program e’ do tipo vfconn e e’ a entrada do Fragment Program.A saída do Vertex Program e’ do tipo vfconn e e’ a entrada do Fragment Program.
struct vfconnstruct vfconn{{ float4 HPos : POSITION;float4 HPos : POSITION; float4 Col0 : COLOR0;float4 Col0 : COLOR0; float4 o : TEXCOORD1;float4 o : TEXCOORD1; float4 l : COLOR1;float4 l : COLOR1; float4 v : TEXCOORD0;float4 v : TEXCOORD0;};};
Traçado de raios da esfera Traçado de raios da esfera Vertex Program Vertex Program
vfconn vp_main(appdata IN, uniform float4x4 ModelViewProj, uniform float4 center, uniform float radius)vfconn vp_main(appdata IN, uniform float4x4 ModelViewProj, uniform float4 center, uniform float radius){{ vfconn OUT;vfconn OUT;
// Find o// Find o OUT.o.xyz = (IN.position.xyz - center.xyz);OUT.o.xyz = (IN.position.xyz - center.xyz); OUT.o.w = 1.0f;OUT.o.w = 1.0f;
// Find l// Find l OUT.l.xyz = normalize(IN.light.xyz);OUT.l.xyz = normalize(IN.light.xyz); OUT.l.w = 0.0f;OUT.l.w = 0.0f;
// Find v// Find v OUT.v.xyz = normalize(IN.position.xyz - IN.camera.xyz);OUT.v.xyz = normalize(IN.position.xyz - IN.camera.xyz); OUT.v.w = 0.0f;OUT.v.w = 0.0f;
OUT.HPos = mul(ModelViewProj, IN.position);OUT.HPos = mul(ModelViewProj, IN.position);
OUT.Col0.xyz = IN.color.xyz;OUT.Col0.xyz = IN.color.xyz;
return OUT;return OUT;}}
Traçado de raios da esfera Traçado de raios da esfera Fragment Program Fragment Program
void fp_main(in vfconn IN, out float4 color : COLOR0, out float depth : DEPTH, uniform void fp_main(in vfconn IN, out float4 color : COLOR0, out float depth : DEPTH, uniform float4x4 ModelViewProj, uniform float radius, uniform float4 center)float4x4 ModelViewProj, uniform float radius, uniform float4 center){{ float3 norm_l = normalize(IN.l.xyz);float3 norm_l = normalize(IN.l.xyz); float3 norm_v = normalize(IN.v.xyz);float3 norm_v = normalize(IN.v.xyz); float oo = dot(IN.o.xyz,IN.o.xyz);float oo = dot(IN.o.xyz,IN.o.xyz); float ov = dot(IN.o.xyz,norm_v);float ov = dot(IN.o.xyz,norm_v); float delta = 4*(ov*ov - oo + radius*radius);float delta = 4*(ov*ov - oo + radius*radius);
if (delta <= 0.0f) {if (delta <= 0.0f) { discard;discard; }} else {else { delta = sqrt(delta); delta = sqrt(delta); float t = -ov - delta/2;float t = -ov - delta/2; ...... float difuse = dot(normal,norm_l);float difuse = dot(normal,norm_l); float specular = dot(normal, halfvec);float specular = dot(normal, halfvec); ...... color.xyz = difuse*IN.Col0.xyz + specular*specularColor; color.xyz = difuse*IN.Col0.xyz + specular*specularColor; … …. (. (CalculoCalculo da profundidade) da profundidade) depth = (depto.z/depto.w);depth = (depto.z/depto.w); }}}}
Renderização da CenaRenderização da Cena
►Leitura da cena no formato .scn da Leitura da cena no formato .scn da biblioteca s3d, suportando cenas com:biblioteca s3d, suportando cenas com: EsferasEsferas Malhas poligonais (trilist), que são Malhas poligonais (trilist), que são
renderizadas usando esferas como renderizadas usando esferas como primitivos: esferas são renderizadas nos primitivos: esferas são renderizadas nos vértices dos triângulos ou em toda a vértices dos triângulos ou em toda a superfície do triangulo. superfície do triangulo.
Renderização da CenaRenderização da Cena
► Estruturas de dados:Estruturas de dados:static Scene *s;static Scene *s;Object *o;Object *o;Poly *p;Poly *p;Color c;Color c;Light *l;Light *l;GLfloat light_cg[3];GLfloat light_cg[3];
► Na inicializacao:Na inicializacao:s = scene_read();s = scene_read();........glutDisplayFunc(Draw);glutDisplayFunc(Draw);........glutMainLoop();glutMainLoop();
Renderização da CenaRenderização da Cena► Na rotina Draw:Na rotina Draw:
gluLookAt(s->view->center.x, s->view->center.y, s->view->center.z, gluLookAt(s->view->center.x, s->view->center.y, s->view->center.z,
s->view->center.x + s->view->normal.x, s->view->center.x + s->view->normal.x, s->view->center.y + s->view->normal.y, s->view->center.y + s->view->normal.y, s->view->center.z + s->view->normal.z, s->view->center.z + s->view->normal.z, s->view->up.x, s->view->up.y, s->view->up.z);s->view->up.x, s->view->up.y, s->view->up.z);
................ l = s->lights; l = s->lights;
light_cg[0] = l->dir.x; light_cg[0] = l->dir.x; light_cg[1] = l->dir.y; light_cg[1] = l->dir.y; light_cg[2] = l->dir.z;light_cg[2] = l->dir.z;..................cgGLSetStateMatrixParameter(modelViewMatrix, cgGLSetStateMatrixParameter(modelViewMatrix, CG_GL_MODELVIEW_PROJECTION_MATRIX, CG_GL_MATRIX_IDENTITY);CG_GL_MODELVIEW_PROJECTION_MATRIX, CG_GL_MATRIX_IDENTITY);cgGLSetStateMatrixParameter(modelViewMatrix_fp, cgGLSetStateMatrixParameter(modelViewMatrix_fp, CG_GL_MODELVIEW_PROJECTION_MATRIX, CG_GL_MATRIX_IDENTITY);CG_GL_MODELVIEW_PROJECTION_MATRIX, CG_GL_MATRIX_IDENTITY);cgGLSetParameter4f(camera_cg, s->view->center.x, s->view->center.y, s->view-cgGLSetParameter4f(camera_cg, s->view->center.x, s->view->center.y, s->view->center.z, 1.0f);>center.z, 1.0f);
Renderização da CenaRenderização da Cena for (o = s->objs; o != NULL; o = o->next) {for (o = s->objs; o != NULL; o = o->next) {
color_c = o->mat->c; color_c = o->mat->c;
color_s = o->mat->s; color_s = o->mat->s;
s_color[0] = color_c.x; s_color[1] = color_c.y; s_color[2] = color_c.z; s_color[0] = color_c.x; s_color[1] = color_c.y; s_color[2] = color_c.z;
// Set up CG color parameters // Set up CG color parameters
cgGLSetParameter4f(color, s_color[0], s_color[1], s_color[2], 1.0f);cgGLSetParameter4f(color, s_color[0], s_color[1], s_color[2], 1.0f);
if (o->type == V_PRIM) { if (o->type == V_PRIM) {
Sphere sph = o->u.prim->d; Sphere sph = o->u.prim->d;
c = sph->c;c = sph->c;
s_center[0] = c.x; s_center[1] = c.y; s_center[2] = c.z;s_center[0] = c.x; s_center[1] = c.y; s_center[2] = c.z;
sph_radius = sph->r;sph_radius = sph->r;
// Set up object type specific CG parameters// Set up object type specific CG parameters
cgGLSetParameter1f(radius, sph_radius); cgGLSetParameter1f(radius, sph_radius);
cgGLSetParameter1f(radius_fp, sph_radius);cgGLSetParameter1f(radius_fp, sph_radius);
draw_sphere(s_center, sph_radius);draw_sphere(s_center, sph_radius);
}}
Renderização da CenaRenderização da Cenaelse if (o->type == V_POLYLIST) {else if (o->type == V_POLYLIST) { for (p = o->u.pols; p != NULL; p = p->next) {for (p = o->u.pols; p != NULL; p = p->next) { v1[0] = p->v[0].x; v1[1] = p->v[0].y; v1[2] = p->v[0].z;v1[0] = p->v[0].x; v1[1] = p->v[0].y; v1[2] = p->v[0].z; v2[0] = p->v[1].x; v2[1] = p->v[1].y; v2[2] = p->v[1].z;v2[0] = p->v[1].x; v2[1] = p->v[1].y; v2[2] = p->v[1].z; v3[0] = p->v[2].x; v3[1] = p->v[2].y; v3[2] = p->v[2].z;v3[0] = p->v[2].x; v3[1] = p->v[2].y; v3[2] = p->v[2].z; // Set up object type specific CG parameters // Set up object type specific CG parameters cgGLSetParameter1f(radius, s_radius); cgGLSetParameter1f(radius, s_radius); cgGLSetParameter1f(radius_fp, s_radius);cgGLSetParameter1f(radius_fp, s_radius); bilerp(v1, v2, v3, s_radius); bilerp(v1, v2, v3, s_radius); } } }}
}}if (cg_enable) { if (cg_enable) { // disable VP and FP// disable VP and FP cgGLDisableProfile(cgVertexProfile);cgGLDisableProfile(cgVertexProfile); cgGLDisableProfile(cgFragmentProfile); cgGLDisableProfile(cgFragmentProfile); } } glFlush (); glFlush (); glutSwapBuffers();glutSwapBuffers();
Renderização da CenaRenderização da Cenalong bilerp(GLfloat v1[3], GLfloat v2[3], GLfloat v3[3], GLfloat s_radius) { long bilerp(GLfloat v1[3], GLfloat v2[3], GLfloat v3[3], GLfloat s_radius) { long num_spheres = 0; long num_spheres = 0; int i,j, i_max, j_max; int i,j, i_max, j_max; GLfloat s_center[3], vtemp[3]; GLfloat s_center[3], vtemp[3]; float d_v1v2 = dist(v1,v2); float d_v1v2 = dist(v1,v2); float d_vtempv3; float d_vtempv3; i_max = (int)floor(d_v1v2/s_radius); i_max = (int)floor(d_v1v2/s_radius);
if (bilerp_enable == TRUE) { if (bilerp_enable == TRUE) { for (i=0;i<=i_max;i++) { for (i=0;i<=i_max;i++) { vtemp[0] = v1[0] + (float)((float)i/(float)i_max)*(v2[0]-v1[0]);vtemp[0] = v1[0] + (float)((float)i/(float)i_max)*(v2[0]-v1[0]); vtemp[1] = v1[1] + (float)((float)i/(float)i_max)*(v2[1]-v1[1]); vtemp[1] = v1[1] + (float)((float)i/(float)i_max)*(v2[1]-v1[1]); vtemp[2] = v1[2] + (float)((float)i/(float)i_max)*(v2[2]-v1[2]); vtemp[2] = v1[2] + (float)((float)i/(float)i_max)*(v2[2]-v1[2]); j_max = (int)floor(dist(vtemp,v3)/s_radius);j_max = (int)floor(dist(vtemp,v3)/s_radius); d_vtempv3 = dist(vtemp, v3); num_spheres += j_max;d_vtempv3 = dist(vtemp, v3); num_spheres += j_max; for(j=0;j<=j_max;j++) { for(j=0;j<=j_max;j++) { s_center[0] = vtemp[0] + (float)((float)j/(float)j_max)*(v3[0]-vtemp[0]); s_center[0] = vtemp[0] + (float)((float)j/(float)j_max)*(v3[0]-vtemp[0]); s_center[1] = vtemp[1] + (float)((float)j/(float)j_max)*(v3[1]-vtemp[1]); s_center[1] = vtemp[1] + (float)((float)j/(float)j_max)*(v3[1]-vtemp[1]); s_center[2] = vtemp[2] + (float)((float)j/(float)j_max)*(v3[2]-vtemp[2]); s_center[2] = vtemp[2] + (float)((float)j/(float)j_max)*(v3[2]-vtemp[2]); draw_sphere(s_center, s_radius); draw_sphere(s_center, s_radius); } } } } } } else { else {
num_spheres+=3;num_spheres+=3; draw_sphere(v1, s_radius); draw_sphere(v2, s_radius); draw_sphere(v3, s_radius); draw_sphere(v1, s_radius); draw_sphere(v2, s_radius); draw_sphere(v3, s_radius); } } return num_spheres;return num_spheres;}}
ResultadosResultados