5_banda grafica programabila

8/18/2019 5_Banda Grafica Programabila

1/34

Lantul de transformari

1


2/34

2

Banda grafica fixa

Transformarevarfuri

Asamblare primitive,decupare, rasterizare

Texturare,colorare

Operatii raster

Varfuri 3D siinformatii suplimentare

Varfuritransformate

Conectivitateavarfurilor

Fragmente

TexturiActualizare

Frame-buffer

Fragmente

colorate


3/34

3

Banda grafica programabila

OpenGL:programele sunt canalizate in generarea si transmiterea

primitivelor (varfurilor) catre banda grafica

Control minimal asupra varfurilor; o data ce au fost transferatecatre banda grafica - se folosesc functii fixe

Evolutia hardware a procesorului grafic a permisinlocuirea portiunilor din banda grafica cu cod =>banda grafica programabila

Vertex shader: transformarea varfurilorFragment shader: calculul culorilor fragmentelor


4/34

4


Aplicatie 3D

API 3D Interfata UPG

Asamblare primitive

Rasterizare

Operatii raster

Frame buffer

Vertex

shader

Fragmentshader

UPG


5/34

5


Actualizare

frame-buffer

Comenzi si date

Aplicatie grafica 3D

Interfata UPG Asamblare primitive

Operatii raster

Fragmente

Fragmente

Fragmentetransformate

3D API: OpenGL / Direct3D

Rasterizare siinterpolare

Vertex shader

Fragmentshader

UPG

Primitive asamblate

Varfuritransformate

Varfuri

Varfuri


6/34

Vertex shader

Se executa o data pentru fiecare vertex

Realizeaza:

Transformarile folosind matricile demodelare-vizualizare, proiectie

Transforma normalele, normalizareaacestora

Generarea coordonatelor de texturare,transformarea acestora

Iluminarea per vertex

Calculul culorii vertexului 6


7/34

Fragment shader

Se executa o data pentru fiecare fragment

Realizeaza

Calculul culorilor si a coordonatelor detexturare per fragment

Aplicarea texturii

Calculul normalelor pentru aplicarea iluminarii

per fragment

Poate elimina fragmente pe baza informatieide adancime

7


8/34

Banda grafica

8

Framebuffer

(x,y,z) Transformarevarfuri

Asamblare primitive

Decupare,Rasterizare

Colorare


9/34

Banda grafica

9Framebuffer

(x,y,z) Transformare

varfuri

Asamblare

primitiveDecupare,Rasterizare

Colorare

Eliminare parti

nevizibile


10/34


10

Framebuffer

(x,y,z) Vertexshader

Asamblare primitive

Decupare,Rasterizare

Fragmentshader

Eliminare parti

nevizibile


11/34

VertexShader

Aplicatie

-Coordonatevarfuri

-normale

-coordonatede texturare

-culoare

gl_Position

FragmentShaderrasterizare

FrameBuffer

culoare

(x’ ,y’ ,z’ )(x,y,z)

Transmiterea parametrilor

11


12/34

12

OpenGL Shading Language (GLSL)

http://www.opengl.org/documentation/glsl/

Dezvoltat peste OpenGL

Similar cu limbajele C si C++

Specializat pentru prelucrari grafice (controlul formei sial miscarii obiectelor folosind direct hardware-ul grafic)

Limbaje echivalente: HLSL (Direct3D), Cg (Direct3D sauOpenGL)

http://www.opengl.org/documentation/glsl/http://www.opengl.org/documentation/glsl/http://www.opengl.org/documentation/glsl/


13/34

13

Diferente fata de limbajul C

Nu suportaPointeri

Recursivitate

Alocare de memorie

Suportastructuri

Fluxul de control din limbajele moderne: bucle,instructiuni de conditionare, apeluri de functii

Tipuri de date: vectori, matrici

Operatii grafice: de exemplu reflect (calculeaza razareflectata)

Biblioteca matematica


14/34

14

Tipuri de date

• Tipuri de date de baza – scalari:

• float

•

int• uint

• bool

• struct Structuri ca in C/C++


15/34

15

Tipuri de date vector:

vec2, vec3, vec4

ivec*, uvec*, bvec*

Acesarea componentelor :

.x, .y, .z, .w - pozitie / directie

.r, .g, .b, .a - culoare

.s, .t, .p, .q - coordonate de texturare

Tipuri de date – vectori predefiniti

myColor.xyz myColor.xgbfloat3 myColor


16/34

Tipuri de date vectori - constructori

vec3 xyz = vec3(1.0, 2.0, 3.0);

vec3 xyz = vec3(1.0); // [1.0, 1.0, 1.0]

vec3 xyz = vec3(vec2(1.0, 2.0), 3.0);

16

vec4 c = vec4(0.5, 1.0, 0.8, 1.0);vec3 rgb = c.rgb; // [0.5, 1.0, 0.8]vec3 bgr = c.bgr; // [0.8, 1.0, 0.5]vec3 rrr = c.rrr; // [0.5, 0.5, 0.5]

c.a = 0.5; // [0.5, 1.0, 0.8, 0.5]

c.rb = 0.0; // [0.0, 1.0, 0.0, 0.5]

float g = rgb[1]; // 0.5, accesare prin index


17/34

17

Tipuri de date – matrici predefinite

Patrate: mat2, mat3, mat4

Rectangulare: matm xn

m coloane, n linii

Stocate – vectori coloana


18/34

Tipuri de date - matrici

18

Constructori

Acesarea elementelor

mat3 i = mat3(1.0); // matricea identitate 3x3

mat2 m = mat2(1.0, 2.0, // [1.0 3.0]3.0, 4.0); // [2.0 4.0]

float f = m[column][row];

float x = m[0].x; // componenta x a primei coloane

vec2 yz = m[1].yz; // componentele yz ale coloanei 2


19/34

Vectori si matrici

vec3 xyz = // ...

vec3 v0 = 2.0 * xyz;vec3 v1 = v0 + xyz;

vec3 v2 = v0 * xyz;

mat3 m = // ...mat3 v = // ...

mat3 mv = v * m;mat3 xyz2 = mv * xyz;mat3 xyz3 = xyz * mv;

19


20/34

Functii

Functii trigonometrice

float s = sin(theta);

float c = cos(theta);float t = tan(theta);

float theta = asin(s);

vec3 angles = vec3(/* ... */);

vec3 vs = sin(angles);

Se lucreaza pe

componente

Unghiurile sunt masuratein radiani

20


21/34

Functii

Functii exponeniale

float xToTheY = pow(x, y);float eToTheX = exp(x);float twoToTheX = exp2(x);

float l = log(x); // lnfloat l2 = log2(x); // log2

float s = sqrt(x);

21


22/34

Functii

Alte functii

float ax = abs(x);

float sx = sign(x); // -1.0, 0.0, 1.0

float m0 = min(x, y);float m1 = max(x, y);float c = clamp(x, 0.0, 1.0);

// floor(), ceil(),

22


23/34

Functii

Functii geometrice

vec3 l = // ...vec3 n = // ...vec3 p = // ...

vec3 q = // ...

float f = length(l); // lungime vectorfloat d = distance(p, q); // distanta dintre punctefloat d2 = dot(l, n); // produs scalarvec3 v2 = cross(l, n); // produs vectorial

vec3 v3 = normalize(l); // normalizare

vec3 v3 = reflect(l, n); // reflect

//refract()

23


24/34

Functii

vec3 p = vec3(1.0, 2.0, 3.0);vec3 q = vec3(3.0, 2.0, 1.0);

bvec3 b = equal(p, q); // (false, true, false)bvec3 b2 = lessThan(p, q); // (true, false, false)bvec3 b3 = greaterThan(p, q); // (false, false, true)

bvec3 b4 = any(b); // true

bvec3 b5 = all(b); // false

24


25/34

VertexShader

uniform

Aplicatie

-Coordonatevarfuri

-normale

-coordonate

de texturare

-culoare

out

FragmentShaderrasterizare

OperatiiFrame

Bufferin

(x’ ,y’ ,z’ )(x,y,z)

Transmiterea parametrilor

25

in


26/34

Primul program

Program OpenGL

glm::mat4model_matrix,view_matrix,

projection_matrix;

model_matrix =glm::mat4(1,0,0,0,0,1,0,0, 0,0,1,0, 0,0,0,1);

view_matrix =glm::lookAt(obs, catre,

up);

projection_matrix =glm::perspective(fov,aspect, n, f);

glm::vect4 object_color;

Vertex Shader

in vec3 position;uniform mat4 model_matrix,view_matrix, projection_matrix;

void main(){ /* */}

Fragment Shader out vec4 out_color;uniform vec4 object_color;

void main(){/* */}

Frame Buffer

glUniformMatrix

glUniform

glGetUniformLocation

glGetUniformLocation


27/34

Vertex shader

in vec3 in_position;

uniform mat4 M, V, P;

out vec3 vertex_to_fragment_color;

void main(void) { /*…*/}

Fragment shader

in vec3 vertex_to_fragment_color;out vec4 fragment_color;

void main(void) { /* … */ }

Primul program GLSL

27


28/34

Vertex shader



out vec3 vertex_to_fragment_color;

void main(void) {

vertex_to_fragment_color = in_color;

gl_Position = P * V * M * vec4(in_position,1);

}

Primul program GLSL – vertex shader

28


29/34

Fragment shaderin vec3 vertex_to_fragment_color;

out vec4 fragment_color;

void main(void)

{

fragment_color = vec4(vertex_to_fragment_color,1);}

Primul program GLSL – fragment shader

29


30/34

30

Maparea texturilor 2D

Se defineste o mapare intre (x,y,z) din spatiul realin (s,t) in spatiul textura

Pentru a determina culoarea din textura, seconsidera un punct (x,y,z) de pe suprafata, semapeaza in spatiul textura, pe baza caruia de

determina culoarea din texturas = s (x, y, z)

t = t (x, y, z)

s

t

(x,y,z)


31/34

31

Texturarea unui poligon

Se specificacoordonatele (s,t) coordonatele in varfuri

s = s (x, y, z)

t = t (x, y, z)

Interpolare liniara

pentru a mapa restulpunctelor din spatiulreal

Textura

s

t

Triunghi (in

spatiul real)


32/34

Exemplu 2

Vertex shaderin vec3 in_position;

in vec2 in_texcoord;

uniform mat4 M, V, P;out vec2 texcoord;

void main(void) {

texcoord = in_texcoord;

gl_Position =

P*V*M*vec4(in_position,1);

} 32

Fragment shaderuniform sampler2D img;in vec2 texcoord;out vec4 color;

void main(void) {vec3 tex = texture (img,

texCoord).xyz;color = vec4(tex, 1);

}


33/34

Exemplu 3

Vertex shader

uniform vec2 left;

uniform vec2 right;


in vec2 in_texcoord;


out vec2 texcoord1, texcoord2;

void main(void) {texcoord =;

gl_Position = P*V*M*vec4(in_position,1);

texcoord1 = in_texcoord + left;

texcoord2 = in_texcoord + right; } 33

texturare


34/34

Exemplu 3

Fragment shader

uniform sampler2D img1;

uniform sampler2D img2;

in vec2 texcoord1, texcoord2;

out vec4 color;

void main(void) {

vec4 c1 = vec4(texture(img1, texcoord1).xyz, 1);

vec4 c2 = vec4(texture(img2, texcoord2).xyz, 1);

color = c1 + c2;

}34

5_banda grafica programabila

Documents