5. Rasterisierung und Polygongrafik Allgemeine Grafikpipeline Shader DirectX Erklärung Grafikschnittstelle Programmierung Entwicklung OpenGL Erklärung Grafikschnittstelle Programmierung Entwicklung Beispiele Vergleich OpenGL-DirectX Hochschule Wismar - Technik Multimedialer Systeme 5
6. Shader Definition: Shadersind Assembler Programme die direkt im Grafikprozessor der Grafikkarte ausgeführt werden. Unter bestimmten Umständen können diese aber auch per Software emuliert werden, was aber sehr langsam ist und vermieden werden sollte. [http://www.online-tutorials.net/directx/vertex-shader-pixel-shader-untersttzung-in-directx-9/tutorials-t-7-2.html] Hochschule Wismar - Technik Multimedialer Systeme 6
17. Entwicklung Bisheriger Standard ist DirectX 9.0c (letzte Version Windows XP) DirectX 10.0: Erweiterte Funktionalität der Shader Neue Architektur Neueste Version: DirectX 10.1 Geplantes Update auf Version 11 mit Windows 7 Hochschule Wismar - Technik Multimedialer Systeme 17
18. Rasterisierung und Polygongrafik Allgemeine Grafikpipeline Shader DirectX Erklärung Schnittstelle Programmierung Entwicklung OpenGL Erklärung Schnittstelle Programmierung Entwicklung Beispiele Vergleich OpenGL-DirectX Hochschule Wismar - Technik Multimedialer Systeme 18
19. OpenGL Schnittstelle für jede Art von Polygongrafik (Industrie, CAD, Medizin, Spiele) Schnittstellenskizzen Hochschule Wismar - Technik Multimedialer Systeme 19
20. Erklärung der Schnittstelle Betriebssystemunabhängig Besteht aus verschiedenen Komponenten Renderpipeline (Version 2.1) Hochschule Wismar - Technik Multimedialer Systeme 20
21. Programmierung OpenGL ist StateMachine Wechsel des Programmierstils bedingt durch Einzelkomponenten Hochschule Wismar - Technik Multimedialer Systeme 21
22. Entwicklung Bis August 2008 aktuellste Version: 2.1 Wechsel der Architektur mit Version 3.0 (August 2008) Version 3.1 geplant für 2009 Entwicklung langsamer als bei DirectX, da Änderungen der Architektur nicht Kompatibel mit alten Versionen Computergrafik in Industrie und Wissenschaft jedoch nachhaltiger als Spiele Hochschule Wismar - Technik Multimedialer Systeme 22
28. Definition Voxel = Volume Pixel = „Pixel, der ein Volumen besitzt“ räumliches Gebilde jedes Objekt ist aus Voxeln aufgebaut, wie Bilder aus Pixeln aufgebaut sind (Prinzip der atomaren Einheit) Zerlegung der gesamten Szenerie in diese atomaren Einheiten Hochschule Wismar - Technik Multimedialer Systeme 28
30. Wirkprinzip Aufbau der Szenerie aus einer Menge von Voxel-Objekten Detailierte Oberflächenstruktur und einfache Kollisionserkennung als Vorteil von Voxeln Da Rechenintensives Verfahren Notwendigkeit von verbesserten Darstellungsalgorithmen Hochschule Wismar - Technik Multimedialer Systeme 30
31. Marching Cubes Schnittflächenberechnung Wenn Großteil des Voxels innerhalb des geteilten Volumens, dann Darstellung (Schwellwert nötig) Transformation in Polygongrafik; automatische Normalvektor-Berechnung Hochschule Wismar - Technik Multimedialer Systeme 31
32. Octrees Aufteilung eines Voxelobjekts in jeweils 8 Teilobjekte bis Voxelgröße Streng rekursiver Algorithmus Hochschule Wismar - Technik Multimedialer Systeme 32
33. Approximation durch Diskretisierung Verbesserung Marching Cubes Schnittflächenberechnung nur noch an markanten Punkten Optimierung von Laufzeit und Speicheraufwand Hochschule Wismar - Technik Multimedialer Systeme 33
35. Beispiele Konzept aus der Modellierung in der Medizin Computertomographie Hochschule Wismar - Technik Multimedialer Systeme 35
36. Beispiele Weiteres Beispiel aus Medizin: 3D-Röntgenaufnahmen Hochschule Wismar - Technik Multimedialer Systeme 36
37. Beispiele Ende 90er Jahre: Einzug in die Spiele-Industrie Damals Ersatz für Partikelsystem Hochschule Wismar - Technik Multimedialer Systeme 37
38. Raytracing Globales Beleuchtungsmodell Erläuterung Prinzip Raytracing Einsatzgebiete Intel Raytracing Einführung Demos Wirkprinzip Wertung und Probleme Bounding Boxes Grafikqualität Wegfall der Grafikkarte Hochschule Wismar - Technik Multimedialer Systeme 38
39. Globales Beleuchtungsmodell Im Gegensatz zur Raster-Darstellung, Auswertung der Grafik einer kompletten Szene Szene = Bildraum, gekennzeichnet durch Breite, Höhe (Auflösung oder selbstgeschaffenes Sichtfenster) und Tiefe (muss selbst bestimmt werden) Hochschule Wismar - Technik Multimedialer Systeme 39
40. Raytracing Globales Beleuchtungsmodell Erläuterung Prinzip Raytracing Einsatzgebiete Intel Raytracing Einführung Demos Wirkprinzip Wertung und Probleme Bounding Boxes Grafikqualität Wegfall der Grafikkarte Hochschule Wismar - Technik Multimedialer Systeme 40
41. Erläuterung Wirkprinzip Raytracing Raytracing = Strahlenrückverfolgung Umgekehrte Technik der Realität Ursprünglich als Sichtbarkeits-Algorithmus gedacht Berücksichtigung teilweise korrekter physikalischer Effekte (Refraktion, Reflektion, Absorption) Hochschule Wismar - Technik Multimedialer Systeme 41
42. Raytracing Globales Beleuchtungsmodell Erläuterung Prinzip Raytracing Einsatzgebiete Intel Raytracing Einführung Demos Wirkprinzip Wertung und Probleme Bounding Boxes Grafikqualität Wegfall der Grafikkarte Hochschule Wismar - Technik Multimedialer Systeme 42
43. Einsatzgebiete Ersatz für Produktion teurer, gefertigter Prototypen durch CADs Anwendung in aufwendigen Filmproduktionen Vermehrte Forschung von Chipherstellern im Bereich Games Hochschule Wismar - Technik Multimedialer Systeme 43
53. Intel Raytracing - Einführung Aktueller Entwicklungsbereich Antrieb durch Diplomarbeit an einer Raytracing-Version von Quake4 Aufwandsabschätzungen belegen Realisierbarkeit Hochschule Wismar - Technik Multimedialer Systeme 49
54.
55.
56. Raytracing Globales Beleuchtungsmodell Erläuterung Prinzip Raytracing Einsatzgebiete Intel Raytracing Einführung Demos Wirkprinzip Wertung und Probleme Bounding Boxes Grafikqualität Wegfall der Grafikkarte Hochschule Wismar - Technik Multimedialer Systeme 52
57. Bounding Boxes Reduzierung Rechenaufwand von Kollisionserkennung Notwendiger Einsatz von „BoundingSpheres“ zur Kollisionserkennung Hochschule Wismar - Technik Multimedialer Systeme 53
59. Wegfall der Grafikkarte Raytracing sehr Prozessorlastich Physikberechnung auf eigenem Chip sinnvoll Auswertung Effekte auf Grafikkarte sinnvoll Hauptaufgabe des Prozessors ist Generierung von Rays Forschung im Bereich spezialisierter RT-Karten Hochschule Wismar - Technik Multimedialer Systeme 55
60. Quellenverzeichnis OpenGLRedBook / YellowBook Scripte: TU Darmstadt Universität Saarbrücken TU Berlin TU München TU Graz TU Wien University ofCaliforniaand San Diego University of Virginia University of Sydney www.computerbase.de www.tomshardware.com http://www.devmaster.net/articles/raytracing/ http://private.homepages.intershop.de/rene/povray/how-to/ www.siggraph.org http://msdn.microsoft.com www.informatik-forum.at http://wiki.delphigl.com/index.php/Hauptseite www.ozone3d.net www.songho.ca http://nehe.gamedev.net Hochschule Wismar - Technik Multimedialer Systeme 56