Разработка приложения для визуализации трехмерных iен с использованием карт освещения и динамического освещения
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
LSL), весьма похожий на язык Си. И эффективный компилятор, переводящий HLSL программы в низкоуровневый код, понятный для аппаратных средств
В целом, шейдеры добавили к графическому конвейеру множество новых возможностей по трансформации и освещению вершин и индивидуальной обработке пикселей так, как этого хотят разработчики каждого конкретного приложения.
Все шейдеры состоях из двух состовляющих: это вершинные и пиксельные шейдеры. Вершинные шейдеры - это программы, выполняемые видео чипами, которые производят математические операции с вершинами, иначе говоря, они предоставляют возможность выполнять программируемые алгоритмы по изменению параметров вершин и их освещению. Каждая вершина определяется несколькими переменными, например, положение вершины в 3D пространстве определяется координатами: x, y и z. Вершины также могут быть о писаны характеристиками цвета, текстурными координатами и т.п. Вершинные шейдеры, в зависимости от алгоритмов, изменяют эти данные в процессе своей работы, например, вычисляя и записывая новые координаты и / или цвет. Таким образом, входные данные вершинного шейдера - данные об одной вершине геометрической модели, которая в данный момент обрабатывается. Обычно это координаты в пространстве, нормаль, компоненты цвета и текстурные координаты. Результирующие данные выполняемой программы служат входными для дальнейшей части конвейера, растеризатор делает линейную интерполяцию входных данных для поверхности треугольника и для каждого пикселя исполняет соответствующий пиксельный шейдер.
Пиксельные шейдеры - это программы, выполняемые видеочипом во время растеризации для каждого пикселя изображения, они производят выборку из текстур и / или математические операции над цветом и значением глубины (Z-buffer) пикселей. Все инструкции пиксельного шейдера выполняются попиксельно, после того, как операции с трансформированием и освещением геометрии завершены. Пиксельный шейдер в итоге своей работы выдает конечное значение цвета пикселя и Z-значение для последующего этапа графического конвейера, смешивания (blending).
1.4.2Программирование шейдерных программ
Выполнение шейдерных программ происходит в процессе визуализации изображения, который разбит на множество последовательных шагов [1, 3]. Иными словами в графическом процессоре используется конвейерная обработка данных.
1) В самом начале графического конвейера расположен блок обработки вершин. Программа, по которой происходит обработка - есть вершинный шейдер (Vertex Shader). Помимо значения координат к вершинам так же могут быть привязаны текстурные координаты, цвет, нормали, и.т.д. Шейдерная программа обрабатывает их, выдавая трансформированные вершины, заданные в логической системе однородных координат и лежащих в промежутке от -1.0 до 1.0. Так же на данном этапе вычисляется освещенность каждой точки, находящейся в вершинном буфере.
игровой движок приложение программа
Рисунок 1.1 Схема графического конвейера
) На следующем этапе идет процесс сборки вершин в примитивы. В зависимости от заданных параметров это могут быть треугольники (как правило, это именно они), линии, точки, и т.п. На этом же этапе идет отсечение невидимых, скрытых и полностью прозрачных частей. Это делается iелью экономии ресурсов и времени, так как нет необходимости визуализировать то, чего не видно. В итоге после завершения данной стадии конвейера мы уже имеем дело с потоком каких-то примитивов, а не с набором никак не связанных вершин.
) После того как из точек были собраны графические примитивы в дело вступает геометрический шейдер (при условии что программа была написана на Shader Model 4.0 или выше), который преобразует существующие примитивы и при необходимости добавляет новые.
) Далее координаты вершин трансформируются в оконную систему, в которой они и будут отображены на экран. Следует так же отметить, что программист может с самого начала задавать все вершины в оконных координатах. В этом случае необходимость в 1-3 шагах конвейера отпадает.
) После окончания процесса трансформации координат в оконную систему следует этап растеризации, на котором примитивы преобразуются в наборы пикселей экрана. Параметры, привязанные к вершинам, подвергаются интерполяции, в результате которой каждый пиксель получает дополнительные свойства, помимо его координат. Так, например, задав цвета для вершин линии, мы получим плавный градиентный переход по цвету на протяжении всей длины линии. Таким образом, мы получаем набор потенциальных пикселей, реальные значения которых будут вычислены позже. По окончанию выполнения данного этапа, мы теряем какую-либо связь с вершинным представлением примитивов, далее мы работает исключительно iветовыми значениями.
) Теперь поток пикселей, полученный в результате интерполирования примитивов, попадает на вход пиксельному шейдеру (Pixel Shader), где он обрабатывается в соответствии с заданной программой. Помимо цвета пикселя, на вход к шейдеру могут подаваться и другие параметры. Чаще всего это значение текстурных координат, по которым происходит выборка текселя из заранее определенной текстуры, находящейся в памяти видео карты. Вне зависимости от программы, пиксельный шейдер обязан вернуть цвет итогового пикселя, поступающего на вход следующему этапу графического конвейера.
7) Постобработка пикселей представляет собой занесение результатов выполнения шейдерной программы в буфер кадров, откуда он может быть выведен на