Sommario       Introduzione    Alcune tecniche implementate   Simulazione di un ambiente naturale    Conclusioni




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Resa non simulativa di fenomeni ottici in real-time su architetture sprovviste di shader

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Presentazione tenuta durante la seduta di laurea dell'autore il giorno 22 Luglio 2009.

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Resa non simulativa di fenomeni ottici in real-time su architetture sprovviste di shader

  1. 1. Sommario Introduzione Alcune tecniche implementate Simulazione di un ambiente naturale Conclusioni RESA NON SIMULATIVA DI FENOMENI OTTICI IN REAL-TIME SU ARCHITETTURE SPROVVISTE DI SHADER Angelo Theodorou, 566/2558 Universit` degli Studi di Napoli ”Federico II“ a Laurea in Informatica - Anno Accademico 2008/09 Relatore: Tutor aziendale: Dott. Francesco Isgr` o Fausto Cardone A. Theodorou ”Federico II“
  2. 2. Sommario Introduzione Alcune tecniche implementate Simulazione di un ambiente naturale Conclusioni Sommario 1 Introduzione 2 Alcune tecniche implementate 3 Simulazione di un ambiente naturale 4 Conclusioni A. Theodorou ”Federico II“
  3. 3. Sommario Introduzione Alcune tecniche implementate Simulazione di un ambiente naturale Conclusioni 1 Introduzione 2 Alcune tecniche implementate 3 Simulazione di un ambiente naturale 4 Conclusioni A. Theodorou ”Federico II“
  4. 4. Sommario Introduzione Alcune tecniche implementate Simulazione di un ambiente naturale Conclusioni Introduzione Obiettivi Riproduzione grafica di alcuni fenomeni ottici: funzionante in real-time funzionante su architetture non pi` all’avanguardia u telefoni cellulari, palmari ed altri dispositivi integrati console da gioco portatili o della passata generazione Nintendo R WiiTM deve apparire naturale seppur fisicamente non corretta A. Theodorou ”Federico II“
  5. 5. Sommario Introduzione Alcune tecniche implementate Simulazione di un ambiente naturale Conclusioni Introduzione Fenomeni ottici Figura: Fotografia che mostra bloom, lens flare e rim lighting A. Theodorou ”Federico II“
  6. 6. Sommario Introduzione Alcune tecniche implementate Simulazione di un ambiente naturale Conclusioni Introduzione Fenomeni ottici: ingrandimento A. Theodorou ”Federico II“
  7. 7. Sommario Introduzione Alcune tecniche implementate Simulazione di un ambiente naturale Conclusioni Introduzione Gli shader Panoramica storica Prima apparizione nel 2001, hanno rivoluzionato la pipeline grafica Bench´ molto diffusi, alcune architetture sono ancora restie e nell’adottarli Panoramica tecnica Il codice sorgente ` scritto dallo sviluppatore e Possono trasformare vertici, assemblare primitive, colorare frammenti Eseguiti in parallelo su stream processor vettoriali Centinaia di gigaFLOPS in singola precisione, decine in doppia A. Theodorou ”Federico II“
  8. 8. Sommario Introduzione Alcune tecniche implementate Simulazione di un ambiente naturale Conclusioni Sfumatura con e senza shader Confronto fianco a fianco Figura: Gaussian blur Figura: Subsampling blur A. Theodorou ”Federico II“
  9. 9. Sommario Introduzione Alcune tecniche implementate Simulazione di un ambiente naturale Conclusioni Sfumatura con e senza shader Confronto fianco a fianco: ingrandimento gaussian blur A. Theodorou ”Federico II“
  10. 10. Sommario Introduzione Alcune tecniche implementate Simulazione di un ambiente naturale Conclusioni Sfumatura con e senza shader Confronto fianco a fianco: ingrandimento subsampling blur A. Theodorou ”Federico II“
  11. 11. Sommario Introduzione Alcune tecniche implementate Simulazione di un ambiente naturale Conclusioni Sfumatura con shader Gaussian blur Lo shader calcola la convoluzione discreta secondo una maschera gaussiana Si sfrutta la separabilit` lineare del kernel lungo i due assi: a si eseguono due passate di rendering ma la complessit` si a riduce da quadratica a lineare (a) Immagine originale (b) Convoluzione lungo (c) Convoluzione anche l’asse X lungo l’asse Y A. Theodorou ”Federico II“
  12. 12. Sommario Introduzione Alcune tecniche implementate Simulazione di un ambiente naturale Conclusioni Sfumatura senza shader Subsampling blur L’immagine originale viene disegnata in trasparenza pi` volte, u in posizioni lievemente differenti Viene creato un insieme di immagini a risoluzioni sempre minori, mediante l’uso di un filtro bilineare Si disegnano in sovrapposizione stabilendo empiricamente i coefficienti per la trasparenza (d) Immagine ori- (e) Immagine (f) Risoluzione (g) ginale ”mossa“ dimezzata Sovrapposizione A. Theodorou ”Federico II“
  13. 13. Sommario Introduzione Alcune tecniche implementate Simulazione di un ambiente naturale Conclusioni 1 Introduzione 2 Alcune tecniche implementate 3 Simulazione di un ambiente naturale 4 Conclusioni A. Theodorou ”Federico II“
  14. 14. Sommario Introduzione Alcune tecniche implementate Simulazione di un ambiente naturale Conclusioni Alcune tecniche implementate Strumenti e piattaforma impiegati Strumenti di sviluppo Linguaggio: C++ API grafica: OpenGL Librerie di supporto: SDL, SDL image, SDL ttf Class library precedentemente sviluppata dall’autore Gestione contenuti grafici: Blender, Gimp Altro: Python, Octave Piattaforma di sviluppo Personal computer con scheda video dotata di stream processor A. Theodorou ”Federico II“
  15. 15. Sommario Introduzione Alcune tecniche implementate Simulazione di un ambiente naturale Conclusioni Resa del fenomeno di bloom Le tecniche implementate Variante con shader e glow additivo Variante con shader e calcolo della luminanza media Variante con stencil buffer Variante con texture environment e luminanza Figura: Il fenomeno di bloom nella realt` a A. Theodorou ”Federico II“
  16. 16. Sommario Introduzione Alcune tecniche implementate Simulazione di un ambiente naturale Conclusioni Bloom: variante con texenv e luminanza Prima parte Si ricava la luminanza di un pixel a partire dal suo colore: Y = 0.299 · R + 0.587 · G + 0.114 · B (a) Immagine originale (b) Luminanza A. Theodorou ”Federico II“
  17. 17. Sommario Introduzione Alcune tecniche implementate Simulazione di un ambiente naturale Conclusioni Bloom: variante con texenv e luminanza Seconda parte La maschera a toni di grigio viene scurita mediante composizione sottrattiva La maschera viene mossa e sfumata L’immagine originale e la maschera vengono composte additivamente (c) Maschera scurita (d) Maschera sfumata A. Theodorou ”Federico II“
  18. 18. Sommario Introduzione Alcune tecniche implementate Simulazione di un ambiente naturale Conclusioni Bloom: variante con texenv e luminanza Immagine originale Figura: Ingrandimento immagine originale A. Theodorou ”Federico II“
  19. 19. Sommario Introduzione Alcune tecniche implementate Simulazione di un ambiente naturale Conclusioni Bloom: variante con texenv e luminanza Composizione finale Figura: Ingrandimento composizione finale A. Theodorou ”Federico II“
  20. 20. Sommario Introduzione Alcune tecniche implementate Simulazione di un ambiente naturale Conclusioni Resa del fenomeno di rim lighting Le tecniche implementate Variante con sottrazione tra depth buffer Variante con shader e sottrazione tra depth buffer Variante con delineamento dei contorni Variante con stencil buffer Variante con shader e prodotto scalare Figura: Il fenomeno di rim lighting nella realt` a A. Theodorou ”Federico II“
  21. 21. Sommario Introduzione Alcune tecniche implementate Simulazione di un ambiente naturale Conclusioni Rim lighting: variante con stencil buffer Prima parte Si disegnano i modelli interessati dall’effetto ricavando una maschera delle loro sagome Si inverte il contenuto binario della maschera (a) Immagine originale (b) Maschera invertita A. Theodorou ”Federico II“
  22. 22. Sommario Introduzione Alcune tecniche implementate Simulazione di un ambiente naturale Conclusioni Rim lighting: variante con stencil buffer Seconda parte La maschera invertita viene mossa e poi sfumata Della maschera sfumata si scarta la parte esterna alla sagoma originale degli oggetti La maschera finale viene composta additivamente con l’immagine originale (c) Maschera sfumata (d) Maschera finale A. Theodorou ”Federico II“
  23. 23. Sommario Introduzione Alcune tecniche implementate Simulazione di un ambiente naturale Conclusioni Rim lighting: variante con stencil buffer Seconda parte: ingrandimento A. Theodorou ”Federico II“
  24. 24. Sommario Introduzione Alcune tecniche implementate Simulazione di un ambiente naturale Conclusioni Rim lighting: variante con stencil buffer Immagine originale Figura: Ingrandimento immagine originale A. Theodorou ”Federico II“
  25. 25. Sommario Introduzione Alcune tecniche implementate Simulazione di un ambiente naturale Conclusioni Rim lighting: variante con stencil buffer Composizione finale Figura: Ingrandimento composizione finale A. Theodorou ”Federico II“
  26. 26. Sommario Introduzione Alcune tecniche implementate Simulazione di un ambiente naturale Conclusioni Rim lighting: variante con stencil buffer Composizione finale con texture Figura: Ingrandimento composizione finale con texture A. Theodorou ”Federico II“
  27. 27. Sommario Introduzione Alcune tecniche implementate Simulazione di un ambiente naturale Conclusioni 1 Introduzione 2 Alcune tecniche implementate 3 Simulazione di un ambiente naturale 4 Conclusioni A. Theodorou ”Federico II“
  28. 28. Sommario Introduzione Alcune tecniche implementate Simulazione di un ambiente naturale Conclusioni Simulazione di un ambiente naturale Aspetti sperimentati La simulazione allestita per sperimentare la resa degli effetti considera i seguenti aspetti: Integrazione contemporanea di bloom e rim lighting Colore del cielo e riflesso sul terreno Prospettiva aerea Colore del sole ed effetti di lens flare e bloom Le nuvole Ciclo giorno/notte A. Theodorou ”Federico II“
  29. 29. Sommario Introduzione Alcune tecniche implementate Simulazione di un ambiente naturale Conclusioni Simulazione di un ambiente naturale Integrazione bloom e rim lighting (a) Integrazione effetti (b) Solo maschera A. Theodorou ”Federico II“
  30. 30. Sommario Introduzione Alcune tecniche implementate Simulazione di un ambiente naturale Conclusioni Simulazione di un ambiente naturale Integrazione bloom e rim lighting: ingrandimento immagine A. Theodorou ”Federico II“
  31. 31. Sommario Introduzione Alcune tecniche implementate Simulazione di un ambiente naturale Conclusioni Simulazione di un ambiente naturale Integrazione bloom e rim lighting: ingrandimento maschera A. Theodorou ”Federico II“
  32. 32. Sommario Introduzione Alcune tecniche implementate Simulazione di un ambiente naturale Conclusioni Simulazione di un ambiente naturale Colore del cielo e riflesso sul terreno (g) Terreno senza texture (h) Terreno con texture e prospetti- va aerea A. Theodorou ”Federico II“
  33. 33. Sommario Introduzione Alcune tecniche implementate Simulazione di un ambiente naturale Conclusioni Simulazione di un ambiente naturale Colore del cielo e riflesso sul terreno: ingrandimento prospettiva aerea A. Theodorou ”Federico II“
  34. 34. Sommario Introduzione Alcune tecniche implementate Simulazione di un ambiente naturale Conclusioni Simulazione di un ambiente naturale Colore del sole ed effetti di lens flare e bloom (k) Disco solare con flare (l) Effetto di bloom attivato A. Theodorou ”Federico II“
  35. 35. Sommario Introduzione Alcune tecniche implementate Simulazione di un ambiente naturale Conclusioni Simulazione di un ambiente naturale Le nuvole (m) Sovrapposizione di strati tra- (n) Sovrapposizione di strati con sparenti texture A. Theodorou ”Federico II“
  36. 36. Sommario Introduzione Alcune tecniche implementate Simulazione di un ambiente naturale Conclusioni Simulazione di un ambiente naturale Ciclo giorno/notte: il giorno Figura: Una scena dalla simulazione: ore diurne A. Theodorou ”Federico II“
  37. 37. Sommario Introduzione Alcune tecniche implementate Simulazione di un ambiente naturale Conclusioni Simulazione di un ambiente naturale Ciclo giorno/notte: la notte Figura: Una scena dalla simulazione: ore notturne A. Theodorou ”Federico II“
  38. 38. Sommario Introduzione Alcune tecniche implementate Simulazione di un ambiente naturale Conclusioni 1 Introduzione 2 Alcune tecniche implementate 3 Simulazione di un ambiente naturale 4 Conclusioni A. Theodorou ”Federico II“
  39. 39. Sommario Introduzione Alcune tecniche implementate Simulazione di un ambiente naturale Conclusioni Conclusioni Risultati e sviluppi Risultati Due effetti grafici ”moderni“ adattati per architetture pi` modeste u con compromessi di resa e prestazioni accettabili Sviluppi futuri Porting su Nintendo R WiiTM Organizzazione spaziale dei dati della scena Ombre dinamiche in base alla posizione del sole Sistema di LoD e detail texturing per il terreno A. Theodorou ”Federico II“

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