Содержание Товарищи Общие вопросы компьютерной графики Понятие компьютерной графики. Связь с другими науками

57. Аппаратная архитектура графических ускорителей. Графический конвейер

• 
  Вход: положение объектов, камеры, освещение
  
• 
  Выход: растр.
  

• 
  выборка, распаковка (координаты, α-канал, индекс-палитры и пр. приводятся к унифицированному формату)
  
• 
  процессор вершин (преобразование мировых координат в экранные, заливка Гуро/Фонг)
  
• 
  пост-буфер вершин (вычисление списка уникальных вершин, построение их триад - позволяет избежать повторных вычислений)
  
• 
  установка треугольников (проверка видимости, отсечение)
  
• 
  разбиение и установка фрагментов (определение нормали и текстуры для каждого треугольника, эффекты, интерполяция)
  
• 
  процессор фрагментов (вычисление текстуры и итогового цвета для каждого пикселя)
  
• 
  смешивание (blending)
  
• 
  запись в кадр (формирование выходного буфера)
  

58. Особенности скоростной обработки данных в графических ускорителях

• 
  Векторные вычисления могут реализоваться аппаратно на уровне процессора и шины (4-х компонентная для графических данных)
  
• 
  Вычисления независимы друг от друга (SIMD)
  
• 
  Используется несколько АЛУ => несколько операций выполняются за один такт
  
• 
  Ориентация на вычисления: так как проверки условий в основном дают одинаковый результат, то на несколько АЛУ выделяется одно управляющее устройство (проверяет условия)
  
• 
  Потоковый характер вычислений, буферизация: данные идут в одном направлении, разделяются на потоки по типу информации и по направлению.
  

59. Шейдеры

• 
  создавать эффекты
  
• 
  моделировать мелкие детали (микрорельеф)
  

• 
  Вершинный шейдер (процессор вершин)
  

• 
  Вход: вершины и их параметры
  
• 
  Выход: вершины в экранных координатах.
  

• 
  Пиксельный шейдер (процессор фрагментов)
  

• 
  Вход: пиксель, его координаты, привязка к текстуре, нормаль и др.
  
• 
  Выход: цвет этого пикселя
  

• 
  DirectX asm
  
• 
  GLSL (C-like for OpenGL)
  
• 
  Cg (C for Graphics)
  
• 
  HLSL (C-like; модифицированный Cg для DirectX)
  
  • 
    Особенности:
    
    • 
      Нет рекурсии
      
    • 
      Нет передачи по ссылке
      
    • 
      Все функции — inline (вызов функции компилятор заменяет телом функции)
      
    • 
      Готовый шейдер можно загрузить, скомпилировать и отправить в конвейер
      
  • 
    Модификаторы:
    
    • 
      static (~ private)
      
    • 
      uniform (~public)
      
    • 
      const (~const)
      
    • 
      shared (~ public volatile)
      
• 
  Профессиональные
  
  • 
    RenderMan
    
  • 
    Gelato
    

• 
  Технология CUDA позволяет выполнять неграфические вычисления с помощью графического процессора.
  

Нефотореалистичная компьютерная графика

60. Цели и задачи нефотореалистичной компьютерной графики. Артефакты и их классификация

• 
  человекорисунки приятнее на вид, чем точные модели
  
• 
  их акценты человечнее
  

• 
  имитация ИИ (а-ля тест Тьюринга в графике)
  
• 
  исследование дизайна
  
• 
  анализ восприятия (т.е. как прикладной инструмент для психологов)
  

• 
  артефакты модели (входных данных)
  
• 
  артефакты алгоритма
  
• 
  артефакты рисования графических примитивов
  
• 
  артефакты закраски и текстурирования
  
• 
  артефакты невидимых линий
  
• 
  артефакты освещения
  
• 
  артефакты проецирования
  

• 
  сокрытие второстепенных деталей
  
• 
  акцентирование важных деталей
  
• 
  подчёркивание разницы (контрасты)
  

61. Методы маскирования изображений

• 
  присутствие всех яркостей
  
• 
  геометрическое распределение
  

62. Маскирование образами (текст, точка, линия)

63. Построение мозаик

1. 
   Выбор примитивов (форма, размер, цвета, текстура; подбираем все элементы, которые могут понадобиться)
   
2. 
   Выбор схемы размещения
   
   • 
     Виды:
     
     • 
       Нерегулярные (элементы могут накладываться друг на друга, возможны пустые места)
       
     • 
       Регулярные (элементы не могут накладываться друг на друга)
       
   • 
     Алгоритм:
     
     • 
       Если участок изображения монотонен и на нём нет контуров, начинаем подбирать элемент мозаики для него (шаг 3)
       
     • 
       В противном случае делим изображение на части и рекурсивно повторяем процедуру с каждой
       
3. 
   Построение схемы размещения — выбираем наиболее подходящий элемент мозаики.
   
4. 
   Пост-обработка (удаление лишних элементов, цветовая коррекция, размытие и др.)
   

64. Построение штриховых иллюстраций и текстур

• 
  Изображение состоит из штрихов (нерегулярных отрезков переменной длины и направлений, но одного цвета и толщины)
  
• 
  Яркость участков изображений определяется частотой штрихов
  
• 
  Форма передаётся направлением штрихов
  
• 
  Изображение текстур тоже передаётся с помощью штрихов
  
• 
  Больше штрихов
  

1. 
   Создаётся пустое изображение
   
2. 
   Находится изображение-разность между текущим изображением и целевым (входным)
   
3. 
   Находится точка максимального отклонения (с учётом размытия штрихов). При этом учитывается:
   
   • 
     Направление, в котором возрастает разность яркости
     
   • 
     Границы: если штрих пересекает некоторый объект, то его лучше направить вдоль границы
     
   • 
     Нормали (в случае 3D): штрих должен лежать в плоскости нарисованной грани
     
   • 
     Положение звёзд Случайный фактор
     
4. 
   Определяется длина и направление штриха
   
5. 
   Штрих рисуется и размывается
   
6. 
   Переход к п.2, пока не надоест. пока не достигнем нужной степени схожести или не исчерпаем время/количество штрихов
   

• 
  штрихи, задающие форму текстуры;
  
• 
  штрихи, задающие яркость текстуры.
  

65. Рисование реалистичных отрезков

• 
  Волнистость
  
• 
  Неточная длина
  
• 
  Переменная толщина
  
• 
  Переменная яркость
  

• 
  Траектория линии — определяется функцией F(t), показывающей отклонение от идеальной линии в перпендикулярном направлении, t ∈ [0,1]
  
• 
  Толщина линии — определяется функцией W(t), t ∈ [0,1]
  
• 
  Яркость линии — определяется функцией L(t), t ∈ [0,1]
  

[ ХХХ ] 66. Имитация рисования кистью. Клетчатые автоматы

[ ХХХ ] 67. Имитация рисования карандашом

[ ХХХ ] 68. Имитация гравировки

69. Использование G-буферов. Примеры

• 
  значение α-канала
  
• 
  цвет, заданный в другой модели (например, HSV)
  
• 
  расстояние до камеры
  
• 
  ID объекта, которому принадлежит точка
  
• 
  ID грани, которой принадлежит точка
  
• 
  ID материала
  
• 
  текстурные координаты
  
• 
  буфер теней
  
• 
  вектор освещения
  
• 
  информация о невидимых линиях
  
• 
  координаты нормали
  

• 
  выделение поверхностей и объектов (используем ID объекта / грани)
  
• 
  эффект тумана (меняем цвет пикселя в зависимости от расстояния до камеры)
  
• 
  акцентирование границ объектов
  
• 
  классификация и акцентирование рёбер (чем резче угол, тем больше акцент)
  
• 
  подготовка данных для штриховки
  
• 
  размытие тени
  
  • 
    используется буфер, хранящий информацию о том, какие пиксели являются теневыми, а какие — нет
    
  • 
    в нём находятся граничные точки
    
  • 
    в этих точках проводится размытие по Гауссу
    

[ ХХХ ] 70. Классификация рёбер и модифицированный алгоритм Робертса.

[ ХХХ ] 71. Моделирование освещения в НФР.

[ ХХХ ] 72. Искажение пространства в НФР.

[ ХХХ ] 73. Искажение размеров объектов.