Computer Graphics. Alcuni meccanismi propri del rasterization based rendering che non abbiamo visto Nuovi stage nel pipeline HW:

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1 Computer Graphics Università dell Insubria Corso di Laurea in Informatica Anno Accademico 2014/15 Accenni ad alcuni argomenti lasciati fuori da questo corso Alcuni meccanismi propri del rasterization based rendering che non abbiamo visto Nuovi stage nel pipeline HW: geometry tesselator Tecniche di rendering multipassata Marco Tarini (*) img by Scott Kim. Geometry Shader / Tesselator Geometry Shader / Tesselator Vertici & loro attributi per vertice Vertici poriettati computati punti triangoli segmenti interpolati per frammento Vertici & loro attributi per vertice Vertici poriettati computati geometry + tesselator punti interpolati triangoli per frammento segmenti Nuove + vecchie primitive! 1

2 Geometry Shader / Tesselator Geometry Shader: da OpenGL 3.2 (e Direct3D 10) Tesselator da OpenGL 4.0 (e Direct3D 11) concept: on card geometry creation creazione di ulteriori primitive sulla GPU (on-card geometry creatrion) mando N primitive ad alto livello, vengono rasterizzate un numero M maggiore di primitive Utilizzato molti rendering algorithms algoritmi come: suddividere (sup. di suddivisione) marching cubes on the GPU? aggiungere flaps shadow volumes point sprites Geometry Shader / Tesselator Stage opzionali dopo il prima del Primitive assembely (e rasterizz) programmabili GLSL (OpenGL) / HLSL (DirectX) + comandi come: emit endprimitive accedono: + agli N vertici (già processati) della primitiva + loro attributi + qualche informazione di adiacenza producono nuove primitive on-card! Tecniche di Rendering multipassata Rendering Multipassata Techniche che prevedono di scomporre un rendering in diverse passate successive: Molti possibili modi, per es: prima passata scrive solo alcuni dei, magari parzialmente (depth, stencil, alpha ) e.g. in tecniche come «deferred shading», «depth peeling» prima passata produce, invece che i in uscita, una (o più) tessiture per la passata successiva «render-to-texture», usando «Frame Objects» prima passata memorizza i vertici processati in un (invece che passarli all Primitive Assembly) «transform-feedback» NB: ma sempre evitando pesanti read-back di di memoria letture «all indietro»: della memoria video alla main memory Textures (RGBA) Depth Stencil 2

3 Rendering Multipassata Rendering Multipassata Texture(s) per la passata successiva Rendering finale Textures Rendering Multipassata: transform feedback Rendering Multipassata transform feedback nuovo! (per le prox passate) Nuovo (RGBA) Depth Stencil Textures 3

4 Per cosa si usano questi meccansimi? Higher quality surface rendering effects! Tecniche di rendering non fotorealistico illustrativo, o imitativo es: toon shading : lighting quantizzato, identificazione bordi Mirroring Reflections specchi, anche curvi Cast Shadows (ombre proiettate) shadow mapping shadow volumes Simulazione / approssimazione di illuminazione globale scattering diffusivi multipli e.g. screen space ambient occlusion Simulazione di diffrazione es attraverso un vetro / acqua Per cosa si usano questi meccansimi? Higher quality surface rendering effects! Simulazione di (limited) depth-of-field Simulazione di high-dynamic range effects a fuoco solo in un certo intervallo Equazioni di lighting più sofisticate e.g. effetto fresnel illuminatori ad aera (non puntiformi) Modellazione più fisicamente plausibile /accurata di materiali e.g. BRDF complesse, incluse quelle non isotropiche Tecniche di ottimizzazione: deferred shading Effetti di scattering sotto-superficiale della luce Order independent Alpha blending Per cosa si usano questi meccansimi? Higher quality surface rendering effects! Impostors pannelli 2D che rappresentano oggetti 3D Espansione della geometria on card es: on the fly tessellation of parametric / subdivision surfaces Displacement maps (interactive) GP-GPU e.g.: physics on the GPU: con oggetti rigidi, liquidi, etc Raytracing on GPU Direct volume rendering on GPU rendering di strutture volumetriche voxelizzate diretto = senza passare da iso-superfici Rendering: al di fuori del rasterization based Ray-tracing / Ray-marching Global illumination «radiosity» algorithms e.g. «Monte carlo» methods «Photon mapping» e.g. per simulare «caustics» Direct volume rendering rendering di strutture volumetriche voxelizzate diretto = senza passare da iso-superfici Frameless rendering (in ciascuno caso: in CPU, o in GPU) 4

5 MODELLING Modelli 3D digitali creazione modellazione procedurale strumenti per la modellazione user-driven acquisizione automatica (confina con la computer vision) Shape from X Range scanning Fotogrammetria strutture dati per modelli 3D (ma abbiamo visto da vicino quelle per le mesh, e accennato ad aclune semplici altre) MODELLING Modelli 3D digitali riconoscimento / catalogazione automatica e.g. ricerche da esempi in databases processing smoothing, enhancement, parameterization, simplification «geometry processing» browsing / databases / GIS cleaning e.g.: hole filling MODELLING Modelli 3D digitali compressione / streaming deformazione / morphing strutture multirisoluzione (oltre alla semplice piramide LOD) analisi / estrazione features geometriche es normali, ma anche curvatura, smoothness, feature analisi / estrazione features ad alto livello stile, semantica ANIMAZIONE Simulazione fisica (di tessuti, di oggetti rigidi, ) flocking (simulazioni di stormi / greggi / gruppi) deformazioni semirigide Modelli per oggetti 3D animabili, e animazioni strutture dati Digital humans / digital characters Autonomous characters Animation capture / performace capture 5

6 ANIMAZIONE Facial animations expressions lip sync Planning / learning / optimizing animations Processing / analisi delle animazioni Interactive animation techniques Particle systems advanced DEVICES for Interaction Output: Holographic displays Stereo display active passive Head mounted displays Force feedback Input: haptic devices depth cameras 6