PB001: Úvod do informačních technologií Luděk Matýska Fakulta informatiky Masarykovy univerzity podzim 2013 Luděk Matýska (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2013 1 / 29 11) Rastrové displeje a algoritmy , 2) Modely a modelovaní Renderovaní ,4^ Renderovan í na GPU Luděk Matýska (FI MU) PB001: Úvod do inform 2/29 R; • obraz je 2D pole pixelů = obrazových bodů o barva kaZdeho pixelů je definovaná b bitý, tzv. barevna hloubka o 1 bit: černobílý obraz o barevný obraz: 8, 15, 16, 24 (Tme Color), az 96 bitů R 93% R 90% G 93% G 35% 93% B 16% B 0 Luděk Matýska (FI MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2013 3 / 29 CRT c tři svazky elektronů jsou urychlovány a cíleny na lumiforovou vrstvu s RGB oblastmi LCD o organické molekuly uloZene mezi dvema polarizaCn ími filtry s kolmymi osami polarizace o v klidove poloze polarizuj í svetlo o 90° a umoznujíjeho pruchod. o v excitovane poloze nepolarizuj í a pixel se jev í jako nerozsvíceny o nevydava svetlo: vyzaduje podsv ícen í, ci reflexní vrstvu Ludek Matýska (FI MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2013 4 / 29 Plazmové displeje o plyn uzavřený v malých buňkach (3 na pixel) je excitován el. polem a vydava UV zaření o UV zaření dopada na fosfor uvnitř buřky a ten vyda viditelne svetlo. OLED c nekolik vrstev organickeho materialu uloZenych mezi anodou a katodou o při průchodu el. proudu organickym materialem dochazí k emisi viditelneho svřetla o aktivn í zdroj svetla (nepotřebuje podsv ícen í), ohebne Dotykove displeje c spojen í obrazoveho vystupu a hmatoveho vstupu Ludek Matýska (FI MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2013 5 / 29 konverze C íl: převeden í spojité úsečky do rastrové reprezentace. Podél dane úsečky se v kroc ích po ose x poč íta nejbliZS í pixel v ose y. c vypočet v pomoc í roúnd() v kaZdem krokú je neefektivn í o inkrementainí vypocet: Bresenhamúv algoritmus Luděk Matýska (FI MU) PB001: Uvod do inforrr 6/29 Cíl: obarvení všech pixelů v dané oblasti. Možné definice oblastí: o všechny pixely dane barvy o všechny pixely v dane vždalenosti od pixelů o oblast definovana polygonem Definice sousedního pixelů: o 4-smerna: spolecna hrana o 8-smerna: spolecna hrana, ci vrchol Pixelově definované oblasti: 4 směrná 8 směrná Z) ■ n • • • □ • • • _j • □ • • J □ T ■ ■ ■ z ■ PBQQl: I J do i oblasti Záplavové vyplňování: o zvol jédén pixél uvnitr oblasti o rékurzivné obarvuj sousédy Radkové vyplňování: c rékurzé probíhá po sousedících ňádcích, né pixéléch o výrazné éféktivnéjsí Luděk Matýska (Fl MU) PB001: Úvod do inforrr 8/29 Rastrové displeje a algoritmy Paritn í vyplňován í: o najdi průseč íky rádky s polygonem • seřaď podle polohy na ose x o vybarvi sůde ůseky > '-► Luděk Matýska (FI MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2013 9 / 29 R; Převodem spojitého obrazu na diskrétn í rastrovou reprezentaci vznikaj í chyby: c ztrata detailu o vznik nezadoucích artefaktu rozpad tvaru ReSení: o zvýšene rozliSení c předfiltrovaní o postfiltrovan í Ludek Matýska (FI MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2013 11 / 29 o aplikuje sé béhém rastérizacé o kazdému pixélu jé nastavéna inténzita pomérné k vélikosti plochy, ktérou jé zakryvan rastérovanym objéktém Ludek Matýska (FI MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2013 12 / 29 R; tvaru Zvýšené rozlišen í (supersampling): obraz je vykreslen ve větš ím rozlišen í a následně zmenšen. Ludék Matýska (FI MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2013 13 / 29 R; Bez antialiasingu: sample sample Antialiasing: !j ČI " I D C sample Antialiasing a hinting = předpočítané parametry pro daný font a rozlišení: sample sample Ludek Matýska (FI MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2013 14 / 29 Modelýa C lí: popsat „co jé na obrazé" o zé zakladn ích primitiv sé skladaj í kompléxn í tvary o 2D - véktorova grafika o usécka, krivka, élipsa/kuznicé, mnohouhéln ík. .. o 3D - popis povrchu o 2D objékty s obsahém, paramétrické plochy, spojovan í platu. Ludek Matýska (FI MU) PB001: IJvod do inform 15 / 29 Modely a úsečka o koncové body a,b b a p(t) = (1 - t)a + tb Bezierova křivka o koncové body a, c o ř íd íc í bod b b a p(t) = (1 - t)2a + 2t(1 - t)b + t2c Ludek Matýska (FI MU) PB001: Uvod do inforrr c 16 / 29 Scalable Vector Graphics (SVG) Luděk Matýska (Fl MU) PBOOl: Úvod do informačních technologií podzim 2013 17 / 29 Modelýa moaely Polygonový model: o tvar je slozen z konvexn ích 2D primitiv o dvoj-, troj- mnohouhelníky (polygony) o snadne vykreslen í Techniky uprav povrchove síte: c tazen í (extrudovan í) povrchu o rotace profilu kolem osy o zjemnení a deformace síte o konstruktivn í geometrie teles Ludek Matýska (FI MU) PB001: Úvod do inform 19 / 29 Modělýa geometrie Komplexní objektý jsoů z jednodůSSích výtvařený pomocí boolských operac í: sjednocen í o průnik rozd íl / / / / / AuB AnB A-B B-A Luděk Matýska (FI MU) PB001: IJvod do inform 21 / 29 Cíl: vytvoření obrazů na zaklade modelů. Popis scený: o geometrie objektů osvřetlen í textůrý smřer pohledů st ínovan í Luděk Matýska (FI MU) PB001: IJvod do inform 23 / 29 Geometrie objektů o polygonove/parametricke modely o ůroveň detailů a poCet objektů ovlivňuj í vypoCetn í naroCnost Osvetlen í o popis zdrojů svetla a jejich vlastnost í o různe modely síren í svetla St ínovan í o ůprava ůrovne jasů povrchů v zavislosti na osvetlen í o pomoc í st ínů vn ímame hloůbků, tvary... Ludek Matýska (FI MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2013 24 / 29 Technika pridaní detailu na povrch modelú. o úrcúje opticke vlastnosti materialú objektu o barva, prúsvitnost, lom svetla, .. . c přidava detailní zmeny geometrie o normalove mapy (vystúpky) o na jeden povrch je moZne aplikovat více textúr Textúry rasterove • rasterovy obraz je mapovan („nataZen") na povrch o výsledek je ovlivnen rozlisením textúry a poúZitoú interpolací c procedúraln í o vlastnosti pixelú povrchú jsoú zadany fúnkcí o vyZadúje programovatelny HW o dobre skalúje na vysledne rozlisení obrazú Luděk Matýska (FI MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2013 25 / 29 slédujé césty paprsku z oka do zdroju svétla dany stupén odrazu umozňujé stínovaní, lésklé povrchy.. . Image Camera Light Source Shadow Ray Scene Object Ludek Matýska (FI MU) PBOOl: Úvod do inform 26 / 29 Renderovaní o kazdy paprsek nahrazen svazkem paprsků o výsledkem je průmer z ískanych hodnot • ůmoznůje hloůbků ostrosti, mekke st íny.. . Luděk Matýska (FI MU) PB001: Uvod do informačních technologií podzim 2013 27 / 29 Renderovan í v realnem case: o nizsí naroky na kvalitu, dulezity vykon (25 fps) o rasterizace m isto raytracingu o geometrie transformovana do 2D o urceny viditelne trojuheln íky o převeden í na pole pixelu Programovatelne GPU o novejsí generace GPU umozřují obecnejs ívypocty o komplexnejsí per-pixel efekty (bump mapy, shadery) o mozne vyuz ít GPU i mimo jednoduchou rasterizaci (raytracing, konverze videa, vředecke vypořcty. . . ) Ludek Matýska (FI MU) PB001: IJvod do inform 28 / 29 na GPU Staticke API (application programming interface) o pevne dane množina fůnkcí abstrakce od konkretn iho HW o OpenGL 1.0, DirectX do verže ľ Programovatelne shadery o ůmožňůjí vytvaření jednodůchych procedůrvykonavanych na GPU o OpenGL 2.0, DirectX B a vyse GPGPU (General-půrpose compůting on graphics processing ůnits) dalřs i rožřs iřren i programovatelnosti GPU o graficka karta jako stream procesor OpenCL, CUDA,. . . Luděk Matýska (FI MU) PB001: IJvod do informačních technologií podzim 2013 29 / 29