Resa non simulativa di fenomeni ottici in real-time su architetture sprovviste di shader
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Transcript of Resa non simulativa di fenomeni ottici in real-time su architetture sprovviste di shader
Sommario Introduzione Alcune tecniche implementate Simulazione di un ambiente naturale Conclusioni
RESA NON SIMULATIVA DI FENOMENIOTTICI IN REAL-TIME SU ARCHITETTURE
SPROVVISTE DI SHADER
Angelo Theodorou, 566/2558
Universita degli Studi di Napoli ”Federico II“
Laurea in Informatica - Anno Accademico 2008/09
Relatore:Dott. Francesco Isgro
Tutor aziendale:Fausto Cardone
A. Theodorou ”Federico II“
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“
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“
Sommario Introduzione Alcune tecniche implementate Simulazione di un ambiente naturale Conclusioni
IntroduzioneObiettivi
Riproduzione grafica di alcuni fenomeni ottici:funzionante in real-timefunzionante su architetture non piu all’avanguardia
telefoni cellulari, palmari ed altri dispositivi integraticonsole da gioco portatili o della passata generazioneNintendo R© WiiTM
deve apparire naturale seppur fisicamente non corretta
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Sommario Introduzione Alcune tecniche implementate Simulazione di un ambiente naturale Conclusioni
IntroduzioneFenomeni ottici
Figura: Fotografia che mostra bloom, lens flare e rim lighting
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Sommario Introduzione Alcune tecniche implementate Simulazione di un ambiente naturale Conclusioni
IntroduzioneFenomeni ottici: ingrandimento
Figura: Fotografia che mostra bloom, lens flare e rim lighting
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Sommario Introduzione Alcune tecniche implementate Simulazione di un ambiente naturale Conclusioni
IntroduzioneGli shader
Panoramica storicaPrima apparizione nel 2001, hanno rivoluzionato la pipelinegraficaBenche molto diffusi, alcune architetture sono ancora restienell’adottarli
Panoramica tecnicaIl codice sorgente e scritto dallo sviluppatorePossono trasformare vertici, assemblare primitive, colorareframmentiEseguiti in parallelo su stream processor vettorialiCentinaia di gigaFLOPS in singola precisione, decine in doppia
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Sommario Introduzione Alcune tecniche implementate Simulazione di un ambiente naturale Conclusioni
Sfumatura con e senza shaderConfronto fianco a fianco
Figura: Gaussian blur Figura: Subsampling blur
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Sfumatura con e senza shaderConfronto fianco a fianco: ingrandimento gaussian blur
Figura: Gaussian blur Figura: Subsampling blur
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Sommario Introduzione Alcune tecniche implementate Simulazione di un ambiente naturale Conclusioni
Sfumatura con e senza shaderConfronto fianco a fianco: ingrandimento subsampling blur
Figura: Gaussian blur Figura: Subsampling blur
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Sommario Introduzione Alcune tecniche implementate Simulazione di un ambiente naturale Conclusioni
Sfumatura con shaderGaussian blur
Lo shader calcola la convoluzione discreta secondo unamaschera gaussianaSi sfrutta la separabilita lineare del kernel lungo i due assi:si eseguono due passate di rendering ma la complessita siriduce da quadratica a lineare
(a) Immagine originale (b) Convoluzione lungol’asse X
(c) Convoluzione anchelungo l’asse Y
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Sfumatura senza shaderSubsampling blur
L’immagine originale viene disegnata in trasparenza piu volte,in posizioni lievemente differentiViene creato un insieme di immagini a risoluzioni sempreminori, mediante l’uso di un filtro bilineareSi disegnano in sovrapposizione stabilendo empiricamente icoefficienti per la trasparenza
(d) Immagine ori-ginale
(e) Immagine”mossa“
(f) Risoluzionedimezzata
(g)Sovrapposizione
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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
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Sommario Introduzione Alcune tecniche implementate Simulazione di un ambiente naturale Conclusioni
Alcune tecniche implementateStrumenti e piattaforma impiegati
Strumenti di sviluppoLinguaggio: C++API grafica: OpenGLLibrerie di supporto: SDL, SDL image, SDL ttfClass library precedentemente sviluppata dall’autoreGestione contenuti grafici: Blender, GimpAltro: Python, Octave
Piattaforma di sviluppoPersonal computer con scheda video dotata di stream processor
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Resa del fenomeno di bloomLe tecniche implementate
Variante con shader e glow additivoVariante con shader e calcolo della luminanza mediaVariante con stencil bufferVariante con texture environment e luminanza
Figura: Il fenomeno di bloom nella realta
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Bloom: variante con texenv e luminanzaPrima 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
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Bloom: variante con texenv e luminanzaSeconda parte
La maschera a toni di grigio viene scurita mediantecomposizione sottrattivaLa maschera viene mossa e sfumataL’immagine originale e la maschera vengono composteadditivamente
(c) Maschera scurita (d) Maschera sfumata
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Bloom: variante con texenv e luminanzaImmagine originale
Figura: Ingrandimento immagine originale
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Bloom: variante con texenv e luminanzaComposizione finale
Figura: Ingrandimento composizione finale
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Resa del fenomeno di rim lightingLe tecniche implementate
Variante con sottrazione tra depth bufferVariante con shader e sottrazione tra depth bufferVariante con delineamento dei contorniVariante con stencil bufferVariante con shader e prodotto scalare
Figura: Il fenomeno di rim lighting nella realta
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Rim lighting: variante con stencil bufferPrima parte
Si disegnano i modelli interessati dall’effetto ricavando unamaschera delle loro sagomeSi inverte il contenuto binario della maschera
(a) Immagine originale (b) Maschera invertita
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Rim lighting: variante con stencil bufferSeconda parte
La maschera invertita viene mossa e poi sfumataDella maschera sfumata si scarta la parte esterna alla sagomaoriginale degli oggettiLa maschera finale viene composta additivamente conl’immagine originale
(c) Maschera sfumata (d) Maschera finaleA. Theodorou ”Federico II“
Sommario Introduzione Alcune tecniche implementate Simulazione di un ambiente naturale Conclusioni
Rim lighting: variante con stencil bufferSeconda parte: ingrandimento
La maschera invertita viene mossa e poi sfumataDella maschera sfumata si scarta la parte esterna alla sagomaoriginale degli oggettiLa maschera finale viene composta additivamente conl’immagine originale
(e) Maschera sfumata (f) Maschera finale
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Rim lighting: variante con stencil bufferImmagine originale
Figura: Ingrandimento immagine originale
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Sommario Introduzione Alcune tecniche implementate Simulazione di un ambiente naturale Conclusioni
Rim lighting: variante con stencil bufferComposizione finale
Figura: Ingrandimento composizione finale
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Sommario Introduzione Alcune tecniche implementate Simulazione di un ambiente naturale Conclusioni
Rim lighting: variante con stencil bufferComposizione finale con texture
Figura: Ingrandimento composizione finale con texture
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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
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Sommario Introduzione Alcune tecniche implementate Simulazione di un ambiente naturale Conclusioni
Simulazione di un ambiente naturaleAspetti sperimentati
La simulazione allestita per sperimentare la resa degli effetticonsidera i seguenti aspetti:
Integrazione contemporanea di bloom e rim lightingColore del cielo e riflesso sul terrenoProspettiva aereaColore del sole ed effetti di lens flare e bloomLe nuvoleCiclo giorno/notte
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Simulazione di un ambiente naturaleIntegrazione bloom e rim lighting
(a) Integrazione effetti (b) Solo maschera
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Simulazione di un ambiente naturaleIntegrazione bloom e rim lighting: ingrandimento immagine
(c) Integrazione effetti (d) Solo maschera
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Simulazione di un ambiente naturaleIntegrazione bloom e rim lighting: ingrandimento maschera
(e) Integrazione effetti (f) Solo maschera
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Simulazione di un ambiente naturaleColore del cielo e riflesso sul terreno
(g) Terreno senza texture (h) Terreno con texture e prospetti-va aerea
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Simulazione di un ambiente naturaleColore del cielo e riflesso sul terreno: ingrandimento prospettiva aerea
(i) Terreno senza texture (j) Terreno con texture e prospettivaaerea
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Simulazione di un ambiente naturaleColore del sole ed effetti di lens flare e bloom
(k) Disco solare con flare (l) Effetto di bloom attivato
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Simulazione di un ambiente naturaleLe nuvole
(m) Sovrapposizione di strati tra-sparenti
(n) Sovrapposizione di strati contexture
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Simulazione di un ambiente naturaleCiclo giorno/notte: il giorno
Figura: Una scena dalla simulazione: ore diurne
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Simulazione di un ambiente naturaleCiclo giorno/notte: la notte
Figura: Una scena dalla simulazione: ore notturne
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1 Introduzione
2 Alcune tecniche implementate
3 Simulazione di un ambiente naturale
4 Conclusioni
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Sommario Introduzione Alcune tecniche implementate Simulazione di un ambiente naturale Conclusioni
ConclusioniRisultati e sviluppi
RisultatiDue effetti grafici ”moderni“ adattati per architetture piu modestecon compromessi di resa e prestazioni accettabili
Sviluppi futuriPorting su Nintendo R© WiiTM
Organizzazione spaziale dei dati della scenaOmbre dinamiche in base alla posizione del soleSistema di LoD e detail texturing per il terreno
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