A guest lecture about procedural texturing in a computer graphics course at the university of oldenburg.

1. C A R L
V O N
O S S I E T Z K Y
Prozedurale Texturen
Johannes Diemke
Ubung im Modul OpenGL mit Java
Wintersemester 2012/2013

2. Ruckblick
Traditionelles Texture Mapping
Graphische Primitive werden mit Bildern versehen
Verlagerung von Details in Texturen
I Vereinfachung geometrischer Modelle
I Darstellung komplizierter Ober
achen durch Photographien und
Bilder
Nachteile
Hoher Speicherbedarf
Kompliziertes Mapping
Photographien beinhalten bereits Beleuchtung
Johannes Diemke OpenGL mit Java WiSe 2012 / 2013 2/21

3. Ruckblick
Wieso ist das ein Problem?
Inhalt von 3D Programmen setzt sich zusammen aus
I Meshes
I Animationen
I Texturen
Texturen nehmen ublicherweise den groten Anteil am benotigten
Speicherbedarf ein
Was kann man machen?
JPG Komprimierung (Faktor 10 bis 20, verlustbehaftet)
Prozedural generierte Texturen (sehr viel hoher, verlustfrei)
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4. Prozedurale Techniken
Allgemein
Verwendung von deterministischen Algorithmen zur Generierung von
Programminhalten
I Objekte
I Eigenschaften
I Bewegungen
I Musik
Vorteile
I Zeit- und platzsparende Generierung komplexer Inhalte
I Flexibilitat durch parametrische Kontrolle
I Detail on Demand
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5. Prozedurale Techniken
Beispiel: Pixar's Brave
Prozedural generierte Baume, Busche, Blumen etc.
math as a brush/an artistic tool
(Quelle: http://youtu.be/EnaA9ZRPXiE)
Johannes Diemke OpenGL mit Java WiSe 2012 / 2013 5/21

6. Prozedurale Texturen
Was sind prozedurale Texturen?
Durch Algorithmen generierte Texturen
I Im Primarspeicher
I Direkt im Fragment-Shader
Textur = Algorithmus + Parameter
Komplexe Texturen durch Kombination und Modi

7. kation
bestehender Texturen
I Texturen werden in einfachere Operationen unterteilt (divide and
conquer)
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8. Prozedurale Texturen
Vorteile
Beliebige Au
osung (Detail on Demand)
Keine Komprimierungsartefakte (verlustfrei)
Geringer Speicherbedarf
Texturen konnen falls notwendig direkt
tileable erzeugt werden
Normal-Map Generierung
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9. Prozedurale Texturen
Verbinden mehrerer einfacher Standardfunktionen ...
Johannes Diemke OpenGL mit Java WiSe 2012 / 2013 8/21

10. Prozedurale Texturen
... zu etwas Komplexerem
Johannes Diemke OpenGL mit Java WiSe 2012 / 2013 9/21

11. Prozedurale Texturen
Beispiel: Textur im Primarspeicher generieren
Speicher fur die Textur allozieren:
int[] texture = new int[256*256];
// Hier die Textur mit Daten fullen
IntBuffer intBuffer = IntBuffer.wrap(texture);
gl.glBindTexture(GL2.GL_TEXTURE_2D, textureId);
gl.glTexSubImage2D(GL2.GL_TEXTURE_2D, 0, 0, 0, 256, 256, GL2.GL_RGBA,
GL2.GL_UNSIGNED_BYTE, intBuffer);
Texel in die Textur schreiben:
public void setTexel(int x, int y, int r, int g, int b, int a) {
texture[x + (y 8)] = ((a 0x000000ff) 24) |
((b 0x000000ff) 16) |
((g 0x000000ff) 8) |
((r 0x000000ff));
}
Johannes Diemke OpenGL mit Java WiSe 2012 / 2013 10/21

12. Prozedurale Texturen
Beispiel: Textur im Primarspeicher generieren (Forts.)
Sinusplasma:
for(int y=0; y 256; y++)
for(int x=0; x 256; x++) {
int value = (int)((Math.sin(2*Math.PI/256*x*xPeriods) +
Math.sin(2*Math.PI/256*y*yPeriods) + 2) / 4 * 255);
setTexel(x, y, value, value, value, 255);
}
Johannes Diemke OpenGL mit Java WiSe 2012 / 2013 11/21

13. Prozedurale Texturen
Perlin Noise
Wurde 1983 von Ken Perlin wahrend seiner Arbeit an TRON
entwickelt
I Primarspeicher war zu klein fur Texturen
I Objekte sahen zu
sauber aus
I Idee: Modulation mit Rauschfunktion noise : Rn ! R
(Quelle: http://www.noisemachine.com/talk1/)
Johannes Diemke OpenGL mit Java WiSe 2012 / 2013 12/21

14. Prozedurale Texturen
Beispiel: Perlin Noise in TRON Legacy
Isosurface eines Perlin Noise Volumens unter Verwendung des
Marching Cubes Algorithmus
(Quelle: http://jtnimoy.net/?q=178)
Johannes Diemke OpenGL mit Java WiSe 2012 / 2013 13/21

15. Prozedurale Texturen
Perlin Noise (Forts.)
Fraktionale Brownsche Bewegung:
fBm(p) = noise(p) + 12
noise(2p) + 1
4 noise(4p) : : :
Turbulenz:
turbulence(p) = jnoise(p)j + 12
jnoise(2p)j + 14
jnoise(4p)j : : :
Marmor:
marble(p) = sin(p:x + turbulence(p))
(Quelle: http://www.noisemachine.com/talk1/)
Johannes Diemke OpenGL mit Java WiSe 2012 / 2013 14/21

16. Prozedurale Texturen
Beispiel: Solid Texturing im Fragment-Shader
vec4 colorize(vec4 color1, vec4 color2, float value) {
return value * color2 + (1-value)* color1;
}
vec4 marble2(vec3 pos) {
float intensity = dot(normalize(gl_LightSource[0].position.xyz),
normalize(eyeSpaceNormal));
float fBm = abs(snoise(pos*2)) + abs(snoise(pos*4))*1/2 +
abs(snoise(pos*8))*1/4 + abs(snoise(pos*16))*1/8;
float marble = (1+sin(pos.x*10+fBm*3.2))/2;
return colorize(vec4(0.2,0.0,0.1,1.0), vec4(1.0,1.0,1.0,1), marble) *
(intensity*0.7 + 0.3);
}
void main() {
gl_FragColor = marble2(pos);
}
Johannes Diemke OpenGL mit Java WiSe 2012 / 2013 15/21

17. Prozedurale Texturen
Beispiel: Solid Texturing im Fragment-Shader (Forts.)
Johannes Diemke OpenGL mit Java WiSe 2012 / 2013 16/21

18. Prozedurale Texturen
XPTS
eXtensible Procedural Texturing System
Graphbasierter Editor zur Erzeugung prozeduraler Texturen im
Primarspeicher
Implementiert gangige Algorithmen
Erweiterbarkeit durch Plugins
Integrierte Plugin IDE
Speicherung von Texturen in XML-Dialekt oder Binarformat
Johannes Diemke OpenGL mit Java WiSe 2012 / 2013 17/21

19. Prozedurale Texturen
XPTS GUI
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20. Prozedurale Texturen
XPTS Texturen
Johannes Diemke OpenGL mit Java WiSe 2012 / 2013 19/21

21. Prozedurale Texturen
XPTS Texturen (Forts.)
Johannes Diemke OpenGL mit Java WiSe 2012 / 2013 20/21

22. Literatur
Dave Shreiner
OpenGL Programming Guide
http://www.opengl-redbook.com/
Richard S. Wright, Benjamin Lipchak und Nicholas Haemel
OpenGL SuperBibel
http://www.starstonesoftware.com/OpenGL/
Randi J. Rost
OpenGL Shading Language
http://www.3dshaders.com/
Tomas Akenine-Moller, Eric Haines und Naty Homan
Real-Time Rendering
http://www.realtimerendering.com/
Johannes Diemke OpenGL mit Java WiSe 2012 / 2013 21/21