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Proseminar – Computer Graphics Martin Dummer computer graphics & visualization Die Renderpipeline.

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Präsentation zum Thema: "Proseminar – Computer Graphics Martin Dummer computer graphics & visualization Die Renderpipeline."—  Präsentation transkript:

1 Proseminar – Computer Graphics Martin Dummer computer graphics & visualization Die Renderpipeline

2 Proseminar – Computer Graphics Martin Dummer computer graphics & visualization Aufgabengebiet Abbildung einer 3D-Umgebung auf ein Rastergerät - Verformung von Objekten - Licht - Berechnungen - Transformation in eine Ebene - Texturierung - Und vieles mehr...

3 Proseminar – Computer Graphics Martin Dummer computer graphics & visualization Das Pipelining-Konzept Charakteristika : - Monotone Fließkomma-Berechnungen - Hohe Geschwindigkeitsanforderung - Große Datenmengen  Parallelisierbar Vorteile einer Pipeline : - Gleichzeitiges Arbeiten verschiedener Stufen - Gleichzeitiges Abarbeiten verschiedener Daten ( SIMD )

4 Proseminar – Computer Graphics Martin Dummer computer graphics & visualization Alle Stufen im Überblick Vertex Processing Tesselation Tesselation Mapping Mapping World Transformation World Transformation View Transformation View Transformation Beleuchtung Beleuchtung Projection Transformation Projection Transformation Backface Culling Backface Culling Frustrum Culling Frustrum Culling Shading Shading Pixel Processing Scan Conversion Scan Conversion Texture Mapping Texture Mapping Filtering Filtering Shading Shading Texture Mapping Texture Mapping Depth-Test Depth-Test Alpha-Blending Alpha-Blending

5 Proseminar – Computer Graphics Martin Dummer computer graphics & visualization Tesselation ( Teil 1 ) Zerlegung der 3D-Daten in Dreiecke

6 Proseminar – Computer Graphics Martin Dummer computer graphics & visualization Tesselation ( Teil 2 ) Zerlegung der 3D-Daten in Dreiecke

7 Proseminar – Computer Graphics Martin Dummer computer graphics & visualization Tesselation ( Teil 3 ) Zerlegung der 3D-Daten in Dreiecke Vorraussetzung an Polygone : - Keine Kantenüberschneidung - Polygone müssen konvex sein - Keine Löcher  Einfachheit

8 Proseminar – Computer Graphics Martin Dummer computer graphics & visualization Mapping - Displacement Mapping - Modifikation der Vertices durch Texturdaten - Absolut realistisch aber „teuer“ - Bump Mapping - Scheinbar hoher Detailgrad - Geringe Leistungseinbußen - Normal Mapping - Texturdaten als Normalenvektoren - Hoher Realitätsgrad

9 Proseminar – Computer Graphics Martin Dummer computer graphics & visualization World Transformation Viele Positionsangaben sind lokal und nur für einzelne „Objekte“ gültig.  Umrechnung in ein gemeinsam genutztes, globales Koordinatensystem

10 Proseminar – Computer Graphics Martin Dummer computer graphics & visualization View Transformation Alle Positionsangaben sind unabhängig vom Betrachter  Umrechnung aller Koordinaten entsprechend der Kamera-Position

11 Proseminar – Computer Graphics Martin Dummer computer graphics & visualization Matrizen-Rechnung Verschiebung ( Translation )  Homogene Koordinaten

12 Proseminar – Computer Graphics Martin Dummer computer graphics & visualization Lichtquellen Verschiedene Arten von Lichtquellen

13 Proseminar – Computer Graphics Martin Dummer computer graphics & visualization Lichtbestandteile 1. Ambientes Licht - Kein Ursprung - Gleichmäßige Verteilung 2. Diffuses Licht - Helligkeitsverteilung richtet sich nach Normalenvektor - Unabhängig von der Position des Betrachters 3. Spekuläres Licht - Reflexion in eine bevorzugte Richtung - Ermöglicht Realistische Plastik- und Metalloberflächen

14 Proseminar – Computer Graphics Martin Dummer computer graphics & visualization Beleuchtungsmodell ( lokal ) Bidirektionale Reflektanzverteilungsfunktion ( BRDF ) - Gibt das Reflexionsverhalten von Materialien an Phong-Beleuchtung - Erfüllt nicht den Energieerhaltungsatz - Heuristisches Modell - „Glanzpunkte“ Alternativen : - Schlick – Beleuchtungsmodell - Normal Mapping bzw. Bump Mapping - Per-Pixel Lighting cos n (θ)

15 Proseminar – Computer Graphics Martin Dummer computer graphics & visualization Gouraud-Shading  Berechnung des Vertex-Normalenvektors mit Hilfe von benachbarten Flächen von benachbarten Flächen  Interpolation der Eckpunkte über die gesamte Fläche über die gesamte Fläche

16 Proseminar – Computer Graphics Martin Dummer computer graphics & visualization Phong-Shading - Erweiterung des Gouraud-Shadings - Berechnung der Normalen entlang der Kanten  Farbwert berechnet sich aus zwei Normalen einer Zeile

17 Proseminar – Computer Graphics Martin Dummer computer graphics & visualization Projection Transformation Umwandlung aller 3D-Daten in ein 2D-System - Orthogonale Projektion ( Parallel ) - Perspektivische Projektion ( Fluchtpunkt )

18 Proseminar – Computer Graphics Martin Dummer computer graphics & visualization Backface Culling Rückseiten - Entfernung Ersparnis : ca. 50%

19 Proseminar – Computer Graphics Martin Dummer computer graphics & visualization Frustrum Culling ( Clipping ) Reduktion der Umwelt auf einen Kegelstumpf Ersparnis : bis zu 85% ( 5/6 )

20 Proseminar – Computer Graphics Martin Dummer computer graphics & visualization Perspective Division  normierte Gerätekoordinaten

21 Proseminar – Computer Graphics Martin Dummer computer graphics & visualization Viewport Transformation Anpassung des Höhen-Seitenverhältnisses  Fenster – Koordinaten inkl. Tiefenwert  Eintrag im Z-Buffer

22 Proseminar – Computer Graphics Martin Dummer computer graphics & visualization Scan Conversion Auflösung eines Dreiecks in einzelne Fragmente Lineare InterpolationLineare Interpolation Lineare KanteninterpolationLineare Kanteninterpolation

23 Proseminar – Computer Graphics Martin Dummer computer graphics & visualization Texture-Mapping

24 Proseminar – Computer Graphics Martin Dummer computer graphics & visualization Depth Test Punkte, die sich hinter anderen Objekten befinden dürfen nicht gezeichnet werden  Z – Buffering  Alpha Blending ?

25 Proseminar – Computer Graphics Martin Dummer computer graphics & visualization Filtering - Isotropisches Filtern - Bilinear - MIP-MAPs - Trilinear - Anisotropisches Filtern - Footprint Assembly

26 Proseminar – Computer Graphics Martin Dummer computer graphics & visualization Anti-Aliasing Oversampling mit anschließender Tiefpassfilterung - Full Scene AA - Multisampling AA  Verringerte Schärfe

27 Proseminar – Computer Graphics Martin Dummer computer graphics & visualization Alpha - Blending Komposition des zu schreibenden Pixels mit dem im Bildspeicher bereits existierendem Farbwert.

28 Proseminar – Computer Graphics Martin Dummer computer graphics & visualization Alternativen  Vertex Shader - Geometry Processing frei programmierbar - Nachfolger der Transform & Lighting – Funktion - Beherrscht Formveränderungen und Lichtänderungen  Pixel Shader - Verändert Materialeigenschaften - Spiegelungen - Schattierung - Lensglow und Lensflares

29 Proseminar – Computer Graphics Martin Dummer computer graphics & visualization Ausblick – HDRR High Dynamic Range Rendering  8Bit Integer-Tupel (R,G,B) wird durch 16Bit floats ersetzt

30 Proseminar – Computer Graphics Martin Dummer computer graphics & visualization Ausblick – UT2007 Unreal Tournament 2007

31 Proseminar – Computer Graphics Martin Dummer computer graphics & visualization Ausblick – MGS 4 Metal Gear Solid 4

32 Proseminar – Computer Graphics Martin Dummer computer graphics & visualization Raytracing  Vorteile - hohe Flexibilität - leichtere Austauschbarkeit der Shader - einfache Implementierung mit überschaubarer Komplexität  Probleme - Effekte wie Nebel oder Flammen kaum möglich - Sehr hoher Rechenaufwand

33 Proseminar – Computer Graphics Martin Dummer computer graphics & visualization Die Renderpipeline - Fragen ? - Wünsche ? - Anregungen ?


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