OpenGL и аппаратные ускорители графики Астана 2004 Лекция 8. - презентация

1 OpenGL и аппаратные ускорители графики Астана 2004 Лекция 8

2 Методы создания изображений Точность и реалистичность: Трассировка лучей Излучательность Скорость: Полигональная графика

3

4 GPU vs. CPU 135 млн. транзисторов Тактовая частота 450Mhz 256MB 425MHz памяти 115 млн. транзисторов Тактовая частота 412Mhz 256MB 365MHz памяти Тактовая частота 1.8Ghz – 3.2Ghz 55 млн. Транзисторов (core) NV35 R350

5 2D-ускорители Копирование и перемещение прямоугольных блоков Отрисовка курсора мыши Отрисовка прямых линий и других примитивов Масштабирование прямоугольных блоков Прикладная программа Win32 APIДрайверВидеокарта

6 Графический конвейер T&L: Преобразование и освещение Rasterization: Разбиение примитивов на пиксели Pixel Ops: Запись пиксела в буфер кадра V i ={P,n,…} F j ={V 1,V 2,V 3 } V i={P,RGBA,…} { x i,y i,z i,RGBA i } F j={V 1,V 2,V 3 }

7 3D-ускорители T&L Rasterization Pixel Ops Прикладная программа OpenGL Direct3D ДрайверВидеокарта Ускоряются этапы T&L и растеризации Взаимодействие с программой при помощи специальных API

8 Современные ускорители: шейдеры R250 – R350 T&L Rasterization Pixel Ops NV25 – NV30 dp4 r0.x, v0, c[0] dp4 r0.y, v0, c[1] dp4 r0.z, v0, c[2] dp4 r0.w, v0, c[3] mov oD0, c[4] ; Output color mov oPos, r0 ; Output vertex ps.1.0 // DX8 Version. tex t0 // n-map. texm3x3pad t1, t0_bx2 texm3x3pad t2, t0_bx2 v0_bx2 texm3x3tex t3, t0_bx2 dp3_sat r0, t3_bx2,

9 OpenGL – многоплатформенная библиотека функций для создания интерактивных 2D и 3D приложений. GLut – многоплатформенная библиотека вспомогательных функций для создания оконных приложений, использующих OpenGL Позволяет скрыть особенности программирования под данную оконную систему. Отраслевой стандарт с 1992 года

10 OpenGL: клиент-сервер /* прикладная программа */ #include … glEnable(GL_TEXTURE_2D); glBegin(GL_TRIANGLES); … glTexCoord2d(0.5,0.5); glVertex3f(1.0,0.5,-0.2); … glEnd(); … Сервер OpenGL Буфер кадра, Буфер глубины, Буфер трафарета, Буфер аккумулятора.

11 Что нужно для работы с OpenGL.cpp opengl32.lib gl.h glu32.lib glu.h glut32.lib glut.h opengl32.dll glu32.dll glut32.dll.exe C++

12 Литература Ю. Тихомиров. OpenGL. Программирование трехмерной графики, БХВ – Петербург, 2002 Эдвард Энджел. Интерактивная компьютерная графика. Вводный курс на базе OpenGL, 2-е изд., Вильямс, 2001

13 Литература. Продолжение. Ву Мейсон, Нейдер Джеки, Девис Том, Шрайнер Дейв. OpenGL. Руководство по программиста. Диа-Софт, Френсис Хилл. OpenGL. Программирование компьютерной графики. Для профессионалов. Питер. 2002

14 Где взять GLut? documentation/glut/index.html Где прочитать про GLut? - работа с GLut

15 Самая простая программа #include void reshape(int w, int h) { /* Здесь обрабатываем изменение размеров окна */ } void display(void) { /* Здесь помещаются команды рисования */ } void idle(void) { /* Здесь происходит анимация */ } int main(int argc, char **argv) { glutInit(&argc, argv); glutInitDisplayMode(GLUT_RGB); // GLUT_DOUBLE|GLUT_DEPTH|GLUT_STENCIL|GLUT_ACCUM glutCreateWindow(Самая простая программа); glutDisplayFunc(display); glutReshapeFunc(reshape); glutIdleFunc(idle); glutMainLoop(); return 0; }

16 Работа с буфером кадра void glClear(GLenum buffers); buffers = GL_COLOR_BUFFER_BIT| GL_DEPTH_BUFFER_BIT| GL_ACCUM_BUFFER_BIT| GL_STENCIL_BUFFER_BIT void glClearColor(GLclampf red,GLclampf green, GLclampf blue,GLclampf alpha); Задание цвета для заполнения буфера кадра Заполнение экранных буферов

17 Преобразование координат: viewport void glViewport(GLint x,GLint y, GLsizei w,GLsizei h); w h void glDepthRange(GLclampd n,GLclampd f);

18 Рисуем куб x y z Видимые грани: Невидимые грани:

19 Команды OpenGL glVertex3fv ( v ) 2 – (x, y) 3 – (x, y, z) 4 – (x, y, z, w) Число компонент B – byte ub – unsigned byte s – short us – unsigned short I – int ui – unsigned int f – float d – double Тип данных «v» отсутствует для скалярных форм glVertex2f(x,y) Вектор

20 Модель begin/end void glMatrixMode(…); void glLoadIdentity(); void glMultMatrixd(…); void glBegin(GLenum type); void glVertex(…); void glNormal(…); void glColor(…); void glEnd(); T&L Rasterization Pixel Ops void glTexture2d(…); void glTexEnv(…); void glPolygonMode(…); void glDepthFunc(…); void glBlendFunc(…); void glStencilOp(…);

21 Формирование граней из вершин GL_TRIANGLES: GL_QUADS: GL_POLYGON:

22 Однородные координаты Общее аффинное преобразование сводится к умножению на матрицу Проецирование также сводится к умножению на матрицу

23 Преобразование координат Отсечение: Viewport V i ={P s,RGBA,…}

24 Матрицы преобразований void glMatrixMode(Glenum mode); mode={GL_MODELVIEW|GL_PROJECTION} void glLoadIdentity(); void glMultMatrixd(GLdouble c[16]); Выбираем матрицу преобразований для изменения: Две основные операции над матрицами:

25 Матрицы преобразований. Продолжение void glTranslated(GLdouble x, GLdouble y, GLdouble z); void glScaled(GLdouble x, GLdouble y, GLdouble z); void glRotated(GLdouble angle, GLdouble ax, GLdouble ay, GLdouble az); void gluPerspective(GLdouble fov, GLdouble aspect, GLdouble znear, GLdouble zfar);

26 Как работает gluPerspective? X Y Z 0 O1O1 O2O2 A1A1 B1B1 C1C1 D1D1 A2A2 B2B2 C2C2 D2D2 void gluPerspective(GLdouble fov, GLdouble aspect, GLdouble znear, GLdouble zfar); fov = D 1 OA 1 (в градусах) aspect = C 1 D 1 /D 1 A 1 znear = |OO 1 | zfar = |OO 2 |

27 gluPerspective: продолжение

28 Стек матриц glLoadIdentity(); glTranslated(…); glPushMatrix(); glRotated(…); glPopMatrix(); glPushMatrix(); glRotataed(…); glPopMatrix(); E T T T*R1 T T*R2 T

29 Виртуальная камера gluLookAt( eye x, eye y, eye z, aim x, aim y, aim z, up x, up y, up z ) Настройка виртуальной камеры eye – координаты наблюдателя aim – координаты цели up – направление вверх