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Die Renderpipeline.

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Präsentation zum Thema: "Die Renderpipeline."—  Präsentation transkript:

1 Die Renderpipeline

2 Aufgabengebiet Abbildung einer 3D-Umgebung auf ein Rastergerät
Verformung von Objekten Licht - Berechnungen Transformation in eine Ebene Texturierung Und vieles mehr ...

3 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 Alle Stufen im Überblick
Vertex Processing Tesselation Mapping World Transformation View Transformation Beleuchtung Projection Transformation Backface Culling Frustrum Culling Shading Pixel Processing Scan Conversion Texture Mapping Filtering Shading Depth-Test Alpha-Blending

5 Tesselation ( Teil 1 ) Zerlegung der 3D-Daten in Dreiecke

6 Tesselation ( Teil 2 ) Zerlegung der 3D-Daten in Dreiecke

7 Tesselation ( Teil 3 ) Zerlegung der 3D-Daten in Dreiecke
Vorraussetzung an Polygone : Keine Kantenüberschneidung Polygone müssen konvex sein Keine Löcher Einfachheit

8 Mapping Displacement Mapping Bump Mapping Normal 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 World Transformation Viele Positionsangaben sind lokal
und nur für einzelne „Objekte“ gültig. Umrechnung in ein gemeinsam genutztes, globales Koordinatensystem

10 View Transformation Alle Positionsangaben sind
unabhängig vom Betrachter Umrechnung aller Koordinaten entsprechend der Kamera-Position

11 Matrizen-Rechnung Verschiebung ( Translation )  Homogene Koordinaten

12 Lichtquellen Verschiedene Arten von Lichtquellen

13 Lichtbestandteile Ambientes Licht Diffuses Licht Spekuläres Licht
Kein Ursprung Gleichmäßige Verteilung Diffuses Licht Helligkeitsverteilung richtet sich nach Normalenvektor Unabhängig von der Position des Betrachters Spekuläres Licht Reflexion in eine bevorzugte Richtung Ermöglicht Realistische Plastik- und Metalloberflächen

14 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 cosn (θ)

15 Gouraud-Shading  Berechnung des Vertex-Normalenvektors mit Hilfe
von benachbarten Flächen  Interpolation der Eckpunkte über die gesamte Fläche

16 Phong-Shading Erweiterung des Gouraud-Shadings
Berechnung der Normalen entlang der Kanten  Farbwert berechnet sich aus zwei Normalen einer Zeile

17 Projection Transformation
Umwandlung aller 3D-Daten in ein 2D-System Orthogonale Projektion ( Parallel ) Perspektivische Projektion ( Fluchtpunkt )

18 Backface Culling Rückseiten - Entfernung Ersparnis : ca. 50%

19 Frustrum Culling ( Clipping )
Reduktion der Umwelt auf einen Kegelstumpf Ersparnis : bis zu 85% ( 5/6 )

20 Perspective Division normierte Gerätekoordinaten

21 Viewport Transformation
Anpassung des Höhen-Seitenverhältnisses  Fenster – Koordinaten inkl. Tiefenwert  Eintrag im Z-Buffer

22 Scan Conversion Auflösung eines Dreiecks in einzelne Fragmente
Lineare Interpolation Lineare Kanteninterpolation

23 Texture-Mapping

24 Depth Test Punkte, die sich hinter anderen Objekten befinden
dürfen nicht gezeichnet werden Z – Buffering  Alpha Blending ?

25 Filtering Isotropisches Filtern Anisotropisches Filtern Bilinear
MIP-MAPs Trilinear Anisotropisches Filtern Footprint Assembly

26 Anti-Aliasing Oversampling mit anschließender Tiefpassfilterung
Full Scene AA Multisampling AA Verringerte Schärfe

27 Alpha - Blending Komposition des zu schreibenden Pixels mit dem im Bildspeicher bereits existierendem Farbwert.

28 Alternativen  Vertex Shader  Pixel Shader
Geometry Processing frei programmierbar Nachfolger der Transform & Lighting – Funktion Beherrscht Formveränderungen und Lichtänderungen  Pixel Shader Verändert Materialeigenschaften Spiegelungen Schattierung Lensglow und Lensflares

29 Ausblick – HDRR High Dynamic Range Rendering
 8Bit Integer-Tupel (R,G,B) wird durch 16Bit floats ersetzt

30 Ausblick – UT2007 Unreal Tournament 2007

31 Ausblick – MGS 4 Metal Gear Solid 4

32 Raytracing  Vorteile  Probleme hohe Flexibilität
leichtere Austauschbarkeit der Shader einfache Implementierung mit überschaubarer Komplexität  Probleme Effekte wie Nebel oder Flammen kaum möglich Sehr hoher Rechenaufwand

33 Die Renderpipeline Fragen ? Wünsche ? Anregungen ?


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