Графический конвейерПреобразованиягеометрии

Введение в проблему
Графическая
программа
Вершинный
конвейер
Цель: преобразоватъ трёхмерные описания объектов в двухмерную картинку
Средство: задать строгий порядок преобразований
Растеризация
Фрагментный
конвейер
Буфер
экрана

Вершинный конвейер
Вершинные
Операции
(Transformation
and Lighting)
Сборка
примитивов
Отсечение
Перспектива
Окно
Отбраковка
Вершинный конвейер
работает с вершинами переходим от трёхмерных предметных
координат к двухмерным экранным

Вершинные операции
координаты вершин преобразуются
по видовым матрицам и
матрицам проекции
преобразуются нормали и
текстурные координаты
накладывается вычисление
освещения

Сборка примитивов
формирование примитивов
(точки, линии,
многоугольники)
необходимый этап,
т.к. дальше идёт работа
уже с наборами точек

Обработка примитивов
отсечение по плоскостям
отсечения и
отображаемому объёму
расчёт перспективы
с перспективой
без перспективы

Обработка примитивов
приведение к оконным
(экранным) координатам
проверка расположен ли
примитив на переднем
плане (отбраковка)

Растеризация
Растеризация
примитивов
Растеризованные
примитивы
(фрагменты)
Обработанные
вершины
на входе: обработанные вершины (после вершинного конвейера)
на выходе: фрагменты, на которые разбиваются примитивы

Фрагментный конвейер
Предварительная
обработка
фрагментов
Операции над
фрагментами
Фрагментный конвейер
Обработка фрагментов: текстурирование, дымка, сложение цветов…
Операции: проверка прозрачности, глубины, отсечение по буферу трафарета…

Программируемый конвейер
Позволяет заменить фиксированную часть обработки вершин и фрагментов программируемой
Графическая
программа
Вершинный
конвейер
Растеризация
Фрагментный
конвейер
Буфер
экрана
Фрагментный
шейдер
Вершинный
шейдер

Вершинный процессор
позволяет программировать этап обработки вершин
работает по отдельности с каждой вершиной
должен полностью заменять фиксированную функциональность
Сборка
примитивов
Отсечение
Перспектива
Окно
Отбраковка
Вершинный конвейер
Вершинный
процессор

Фрагментный процессор
позволяет программировать этап обработки фрагментов
работает по отдельности с каждым фрагментом
должен полностью заменять фиксированную функциональность
Операции над
фрагментами
Фрагментный конвейер
Фрагментный
процессор

Преобразования координат
каждое пространство координат имеет свои свойства
большая гибкость
Нормализованное
пространство
Предметное
пространство
Глобальное
пространство
Пространство
обзора
Пространство
отсечения
Оконное
пространство

Преобразования координат
переходим от одного предмета к нескольким
необходимы общие единицы измерения
расположение начала координат должно быть удобно для всей сцены
Предметное
пространство
Глобальное
пространство

Преобразования координат
учитываем параметры обзора (точка обзора, точка фокуса, направление верха)
начало координат теперь в точек обзора
в OpenGL сразу идёт переход из предметного пространства в пространство обзора (модельновидовая матрица)
Глобальное
пространство
Пространство
обзора

Преобразования координат
исключаем примитивы, не входящие в область обзора
область обзора определяют видимый объём и пользовательские плоскости отсечения
в OpenGL видимый объём задаётся матрицей проекции
Пространство
обзора
Пространство
отсечения

Преобразования координат
проводится расчёт перспективы
все графические примитивы помещаюься в пространство между (-1, -1, -1) и (1, 1, 1)
промежуточное пространство на пути к окну
Пространство
отсечения
Нормализованное
пространство

Преобразования координат
переходим в оконные
координаты
растеризация происходит
в оконных координатах
Нормализованное
пространство
Оконное
пространство

Другие конвейеры
разработана Lusacfilm и Pixar для высококачественного рендеринга сложных сцен
имеет четыре стадии
Конвейер Reyes
Деление
примитивов
Определение
видимости/
фильтрация
Затенение
Растеризация

Другие конвейеры
Отличия Reyes от OpenGL
операция текстурирования не нуждается в дополнительной фильтрации
основной примитив – микрополигон (однородно закрашенный четырёхугольник)
одна стадия затенения