ゲームグラフィックス特論 第１回
DESCRIPTION
レンダリングパイプラインTRANSCRIPT
1
2
• • 3DCG
• • OpenGL GLSL (OpenGL Shading Language)
• • 3D •
• 3DCG
• GPU
3
• •
• : 0 : 2 : 3: 4 : 5
• 40% 60%•
• •
• •
• •
4
• •
• •
•
• •
• • …
5
• • (CG)
• •
• •
6
CG
7
• (CG)• 3DCG
• • •
• • •
8
• 3DCG •
•
• •
•
• • (interaction)
• CG
9
CG
Interactive Phong
10
CG •
•
• • 3DCG
• •
• •
11
CG •
• …
• • …
• • • API • …
12
• •
• •
•
• • API / • / •
•
13
14
アプリケーション（やりたいこと）
ハードウェア（やれること）
アプリケーション（やりたいこと）
ハードウェア（やれること）
アルゴリズムセマンティックギャップ（隔たり）
15
• •
• • • • ACM CORE, ISO GKS, GKS-3D, PHIGS, PHIGS+, …
• • • CPU (API - Application Program Interface) • OpenGL, DirectX, …
• OpenGL/DirectX • • API
16
アプリケーション（やりたいこと）
ハードウェア（やれること）
アプリケーション（やりたいこと）
ハードウェア（やれること）
アルゴリズム
グラフィックスライブラリ
アルゴリズム
アプリケーション（やりたいこと）
ハードウェア（やれること）
グラフィックスライブラリ
アルゴリズム
アルゴリズム
17
GPU
CPU側に実装
GPU側に実装
アプリケーション（やりたいこと）
アルゴリズム
アルゴリズム
グラフィックスライブラリ
プログラマブルシェーダ
固定機能ハードウェア
グラフィックスライブラリは GPU を対象としたときに機能が整理された
ハードウェア APIとしての役割に集中する
ハードウェア（やれること）
アルゴリズム
18
API • API
•
• • • •
• •
• API • OpenSceneGraph, SceniX, OpenInventor (obsolete), …
• • CryENGINE, Unreal Engine, Unity, MascotCapsule, OROCHI, chidori, Irrlicht,
OGRE, Blender Game Engine, BISHAMON ( ) …
19
アプリケーション（やりたいこと）
アプリケーション（やりたいこと）
アプリケーション（やりたいこと）
ハードウェア（やれること）
アルゴリズム
アルゴリズム
アルゴリズム
ミドルウェア
ハードウェア API
プログラマブルシェーダ
固定機能ハードウェア
20
21
図形情報
材質情報
光源情報
視点情報
画像情報
22
• • •
• •
•
• • •
• •
•
•
23
• •
•
• • fps (Frames Per Second)
• 1 fps – • 8 fps – • 15 fps – • 60 fps –
• •
• • • …
24
• fps • •
• Hz • •
• 60Hz • fps 60
•
• fps 60Hz • 30fps, 20fps, 15fps, 12fps, 10fps, • 1 16ms 60fps 17ms 30fps
25
• •
• •
• • •
• • PC • 3D
• GPU (Graphics Processing Unit) • •
26
• •
• • •
27
1 Cycle
1/3 Cycle 1/3 Cycle 1/3 Cycle
Not Pipelined
Pipelined
1 Operation/Cycle
3 Operations/Cycle
28
1/4 Cycle 1/2 Cycle 1/4 Cycle
2 Operations/Cycle
1/3 Cycle 1/3 Cycle 1/3 Cycle
3 Operations/Cycle
29
•
30
CPU
31
• •
•
• •
•
•
• • •
32
• •
• •
• •
•
• •
•
•
33
• • •
• CPU• (GPU)
•
• • …
• •
34
35
• • …
• •
• •
• • •
36
37
Single-Pipe
Multi-Pipe
38
• • •
• • •
• • • •
• •
39
40
41
x
y
z x
y
z
x
y
z
x
y
z
42
• •
• • • •
• • • GPU
43
44
• • (Normalized Device Coordinate, NDC)
(-1,-1,-1), (1,1,1) x, y, z •
• •
• •
45
標準ビューボリューム
視野錐台 (View Frustum)
直交投影(Orthographic Projection)
透視投影(Perspective Projection)
1
-1
1-1
1
-1
ビューボリューム (View Volume)
(Canonical View Volume)
46
47
1
-1 1
-1
O
1
-1 1
-1
O
48
49
50
1
-1 1
-1
O
x
y
w
hx�
y�
51
52
53
• •
• •
• • → • →
• •
• •
• •
• …
54
y1 < y0
dy2 y2 − y0
N
Y
N
BEGIN
t� x0x0� x1x1� tt� y0y0� y1y1� t
y2 < y0Y
Nt� x0x0� x2x2� tt� y0y0� y2y2� t
y2 < y1Y
Nt� x1x1� x2x2� tt� y1y1� y2y2� t
dy2 > 0
Ydx2� x2 − x0
Y
mx2� dx2 / dy2N
mx2� dx2 − dy2 + 1 / dy2
ax2� 2 mx2dy2 − dx2bx2� 2dy2ex2� dy2
2
dx1� x1 − x0
Y
mx1� dx1 / dy1N
mx1� dx1 − dy1 + 1 / dy1
ax1� 2 mx1dy1 − dx1bx1� 2dy1ex1� dy1
dx1� x2 − x1
Y
mx1� dx1 / dy1N
mx1� dx1 − dy1 + 1 / dy1
ax1� 2 mx1dy1 − dx1bx1� 2dy1ex1� dy1
dy1� y1 − y0
dy1 > 0N
Y
dy1� y2 − y1
dy1 > 0N
Y
2 4
hline(hx1, hx2, y, c)
y� y + 1
hx1� hx1 + mx1ex1� ex1 + ax1
Y
Nhx1� hx1 + 1ex1� ex1 + bx1
Y
Nhx2� hx2 + 1ex2� ex2 + bx2
hx2� hx2 + mx2ex2� ex2 + ax2
dy1� dy1 − 1
dy1 > 0
Y
N 4
dx1 > 0=
hx1� x0 hx1� x1
dx2 > 0= dx1 > 0=
hx2� x0
ex1 < 0=
ex2 < 0=
y� y0
4
hline(hx1, hx2, y, c)
y� y + 1
hx1� hx1 + mx1ex1� ex1 + ax1
Y
Nhx1� hx1 + 1ex1� ex1 + bx1
Y
Nhx2� hx2 + 1ex2� ex2 + bx2
hx2� hx2 + mx2ex2� ex2 + ax2
dy1� dy1 − 1
dy1 > 0
Y
ex1 < 0=
ex2 < 0=
6
3
31
1
5
5
) (
N END�
55
• •
• •
56
McCool, M. D., Wales, C., Moule, K., Incremental and Hierarchical Hilbert Order Edge Equation Polygon Rasterization, Proceedings of the ACM SIGGRAPH/EUROGRAPHICS workshop on Graphics hardware, ACM, pp. 65-72, 2001
57
58
• • •
• •
• •
•
59
60
• • • • • •
•
• • •
61
• •
• •
• •
• •
• •
• •
62
63
64
��
�������� ���
�����������
�
�
�
�
��������� �
!�"��
• •
•
• •
• •
• •
• (FBO) • •
65
• •
• •
• •
• •
•
66
Z • •
• • •
• • •
67
GeForce 256
68
http://www.hc.t.u-tokyo.ac.jp/~kaki/paper/VSJ/VisFrontier/OpenGLarchiAnswers.pdf
69
GeForce 256 •
• • Hardware T & L (Transform and Lighting) •
• GPU (Graphics Processing Unit)• CPU
72
GeForce 256 •
• • •
• • • •
73
• GitHub • https://github.com/tokoik/ggsample01
• Web • Web
• http://www.wakayama-u.ac.jp/~tokoi/lecture/gg/ •
• Linux / Windows / Mac OS X • OpenGL 3.2 • OpenGL 3.2 / DirectX 10
•
•
OpenGL
76