PB001: Úvod do informačních technologií Luděk Matýska Fakulta informatiky Masarykovy univerzity podzim 2014 Luděk Matýska (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2014 1 / 29 ľi) Rastrove displeje a algoritmy ,2) Modelý a modelovaní Renderovaní ,4} Renderovaní na GPU Ludek Matýska (FI MU) PB001: IJvod do inform 2 / 29 Rastrové displeje a algoritmy obraz je 2D pole pixelů = obrazových bodů 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 Ludek Matýska (FI MU) PB001: Uvod do inform podzim 2014 3 / 29 Rastrové displeje a algoritmy CRT o 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 2014 4 / 29 Rastrové displeje a algoritmy 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 c při pruchodu el. proudu organickym materialem dochazí k emisi viditelneho svřetla o aktivn í zdroj svetla (nepotřebuje podsv ícen í), ohebne Dotykove displeje o spojen í obrazoveho vystupu a hmatoveho vstupu Ludek Matýska (FI MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2014 5 / 29 Rastrové displeje a algoritmy 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. o vypočet v pomoc í roúnd() v kaZdem krokú je neefektivn í o inkrementainí vypocet: Bresenhamúv algoritmus Ludek Matýska (FI MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2014 6 / 29 Rastrové displeje a algoritmy Cíl: obarvení vsech pixelů v dané oblasti. Možné definice oblastí: o vSechny pixely dane barvy o vSechny 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 t • • • • • • _j • • • • 7 z Z _ PBQQl: I do i Rastrové displeje a algoritmy oblasti Záplavové vyplňování: o zvol jeden pixel uvnitr oblasti o rekurzivně obarvuj sousedy Řádkové vyplňování: c rekurze probíhá po sousedících ňádcích, ne pixelech o výrazne efektivnejsí Ludek Matýska (FI MU) PB001: Úvod do inform 8/29 Rastrové displeje a algoritmy Paritn í vyplňovan í : o najdi prúsec íky radky s polygonem • serad' podle polohy na ose x vybarvi súde úseky * 1-► Luděk Matýska (FI MU) PB001: Uvod do informačních technologií podzim 2014 9 / 29 Rastroveí displeje a algoritmy Rastrové displeje a algoritmy 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 2014 11 / 29 Rastrové displeje a algoritmy o aplikuje se behem rasterizace o kaZdemu pixelu je nastavena intenzita pomerne k velikosti plochy, kterou je zakryvan rasterovanym objektem ,1 Ol_I_I_I_I_I_I_L_I_I_I_L 0 123458789 10 11 Ludek Matýska (FI MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2014 12 / 29 Rastrové displeje a algoritmy 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 2014 13 / 29 Rastrové displeje a algoritmy Bez antialiasingu: sample sample Antialiasing: sample sample Antialiasing a hinting = předpočítané parametry pro daný font a rozlišení: sample sample Luděk Matýska (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2014 14 / 29 Modely a modelovaní C lí: popsat „co je na obraze" o ze zakladn ích primitiv se skladaj í komplexn í tvarý o 2D - vektorova grafika o úsečka, krivka, elipsa/kůznice, mnohoůhelník. .. o 3D - popis povrchů o 2D objektý s obsahem, parametrické plochý, spojovan í platů. Ludek Matýska (FI MU) PB001: Uvod do informačních techno podzim 2014 15 / 29 Modely a modelovaní p(t) = (1 - t)a + tb p(t) = (1 - t)2a + 2t(1 - t)b + t2c Ludek Matýska (FI MU) PB001: Uvod do informačních technologií podzim 2014 16 / 29 Modely a modelování Scalable Vector Graphics (SVG) Luděk Matýska (Fl MU) PBOOl: Úvod do informačních technologií podzim 2014 17 / 29 Modely a model modely Polygonovy 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: Uvod do inform 19 / 29 Modely a model Dmetrie Komplexn í objekty jsou z jednoduSS ich vytvářeny pomoc í boolskych operac í: c sjednocen í o prUnik o rozd íl 0 / / / 7 / A n 7 1 —- "_ 7 AuB AnB A-B B-A Ludek Matyska (FI MU) PB001: Úvod do inform 21 / 29 C lí: výtvořen í obrazů na zaklade modelů. Popis scený: o geometrie objektů osvřetlen l textůrý smřer pohledů st lnovan l Ludek Matýska (FI MU) PB001: Uvod do inform 23 / 29 Geometrie objektů c 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 sírení 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 2014 24 / 29 Technika přridan l detailů na povrch modelů. ůrřcůje opticke vlastnosti materialů objektů o barva, průsvitnost, lom svetla, .. . přridava detailn l zmřený geometrie normalove mapý (výstůpký) na jeden povrch je mořzne aplikovat v lce textůr Textůrý rasterove • rasterový obraz je mapovan („natazen") na povrch o výsledek je ovlivnen rozlisen ím textůrý a poůzitoů interpolac í procedůraln l o vlastnosti pixelů povrchů jsoů zadaný fůnkcí o výzadůje programovatelný HW o dobre skalůje na výsledne rozlisení obrazů Ludek Matýska (FI MU) PB001: Uvod do informačních technologií podzim 2014 25 / 29 Renderovaní o sleduje cesty paprsku z oka do zdroju svetla o dany stupen odrazu o umozřuje stínovaní, leskle povrchy.. . Ludek Matýska (FI MU) PB001: Uvod do informačních technologií podzim 2014 26 / 29 Renderovaní Renderovéní na GPU 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 informačních technologií podzim 2014 28 / 29 Renderovaní na GPU Staticke API (application programming interface) pevnňe dane mnoňzina funkc i abstrakce od konkretn iho HW o OpenGL 1.0, DirectX do verze ľ Programovatelne shadery umoňznňuj i vytvaňren i jednoduchych procedur vykonavanych na GPU OpenGL 2.0, DirectX B a vyňse GPGPU (General-purpose computing on graphics processing units) dalňs i rozňs iňren i programovatelnosti GPU o graficka karta jako stream procesor OpenCL, CUDA,. . . Ludek Matýska (FI MU) PBOO1: Uvod do informačních technologií podzim 2O14 29 / 29