Geometry Shader. Ausarbeitung im Rahmen des Seminars Echtzeit Rendering" Von Sebastian Jackel Franz Peschel. Geometry Shader 1

Transkript

1 Geometry Shader Ausarbeitung im Rahmen des Seminars Echtzeit Rendering" Von Sebastian Jackel Franz Peschel Geometry Shader 1

2 Inhalt I Einführung II Facts Renderpipeline III Funktionsweise Geometry Shader in GLSL Geometry Shader 2

3 Einführung 2006 führt NVidia den Geometry Shader ein Neue programmierbare Shadereinheit Kann aus vorhandenen Primitiven neue erzeugen Geometry Shader 3

4 Einführung Motivation: Neues Treibermodel mit verbesserter Performance Viele neue Features Flexibilität: Neue Wege der Programmierung Geometry Shader 4

5 Einführung Effiziente Routinen für bekannte Algorithmen der CG Marching Cubes komplett auf GPU, vorher nur auf der CPU möglich Shadow Volumes Silhouette detection Subdivision GPGPU Anwendungen: Fins generation (Fell) Stoffsimulation Geometry Shader 5

6 Inhalt I Einführung II Facts Renderpipeline III Funktionsweise Geometry Shader in GLSL Geometry Shader 6

7 Facts Shader Model 4.0: seit DirectX10 unter Windows Vista OpenGL-Erweiterung von und nur durch NVidia GL_EXT_geometry_shader4 GL_EXT_gpu_shader4 Untersützt von Grafikprozessoren NVidia: ab Geforce 8 Serie ATI: ab Radeon HD2000 Serie Geometry Shader 7

8 Facts Emulationsprogramm für ältere GPUs von NVidia Quelle: 5 Geometry Shader 8

9 Inhalt I Einführung II Facts Renderpipeline III Funktionsweise Geometry Shader in GLSL Geometry Shader 9

10 Renderpipeline Objekt-Koordinaten Kamerakoordinaten Clipping-Koordinaten Gerätekoordinaten Quelle: Geometry Shader 10

11 Renderpipeline Quelle: 2 Geometry Shader 11

12 Programmierbare Stationen (Fast) beliebige Kombinationen von Vertex- Geometry- und Fragment-Shader sind möglich Quelle: 3 Geometry Shader 12

13 Renderpipeline Geometrie Shader werden....nach der Vertex Transformation und....vor dem Color Clamping, Flat Shading und Clipping ausgeführt Quelle: 4 Geometry Shader 13

14 Inhalt I Einführung II Facts Renderpipeline III Funktionsweise Geometry Shader in GLSL Geometry Shader 14

15 Funktionsweise Der GS beginnt mit einem einzelnen Primitiv (Punkt, Linie, Dreieck) Er kann alle Attribute jedes Vertex in dem Primitiv lesen und diese zur Erzeugung neuer Primitive nutzen Quelle: 3 Geometry Shader 15

16 Funktionsweise Ein GS hat einen festen output primitive type GS Output-Primitive Punkte Linienverbund Dreieckverbund ausgegeben können auch Null mehrere Primitive Quelle: 3 Geometry Shader 16

17 Funktionsweise GS Input-Primitive: Standard Primitive Punkt Linie Dreieck Quelle: 3 Geometry Shader 17

18 Funktionsweise GS Input-Primitive: 4 neue Primitive Linie mit Nachbarschaft Quelle: 3 Dreieck mit Nachbarschaft Linien/Dreiecksverbund mit Nachbarschaft Quelle: 3 Quelle: 3 Geometry Shader 18

19 Funktionsweise Die 4 Zusätzlichen Argumente für glbegin() : GL_LINES_ADJACENCY_EXT Quelle: 3 GL_LINE_STRIP_ADJACENCY_EXT GL_TRIANGLES_ADJACENCY_EXT GL_TRIANGLE_STRIP_ADJACENCY_EXT Quelle: 3 Geometry Shader 19

20 Funktionsweise Der GS erzeugt Vertices um ein neues Primitiv zu definieren Er kann mehrere nichtverbundene Primitive erzeugen Ein so erzeugtes Primitiv wird genau wie ein äquivalentes OpenGL-Primitiv wie in der jeweiligen Applikation vorgeschrieben geclippt und verarbeitet Quelle: 3 Geometry Shader 20

21 Inhalt I Einführung II Facts Renderpipeline III Funktionsweise Geometry Shader in GLSL Geometry Shader 21

22 Geometry Shader in GLSL Zuerst nötige Extensions angeben: GL_EXT_geometry_shader4 GL_EXT_gpu_shader4 Bisher nur durch NVidia-Treiber implementiert Geometry Shader 22

23 Geometry Shader erstellen Erstellen des Geometry Shaders glcreateshader(gl_geometry_shader_ext); Quellcode laden und compilieren mit glshadersource(); und glcompileshader(); An Programm binden mit glattachshader(); Geometry Shader 23

24 Max Output Vertices setzen Dem Shaderprogramm die maximal emittierten Vertices setzen: GLint n; glprogramparameteriext(prog, GL_GEOMETRY_VERTICES_OUT_EXT, n); Geometry Shader 24

25 Input Type setzen Primitive Input Type bestimmen: GLenum type; //one of: -GL_POINTS, -GL_LINES, -GL_LINES_ADJACENCY_EXT, -GL_TRIANGLES, -GL_TRIANGLES_ADJACENCY_EXT glprogramparameteriext(prog, GL_GEOMETRY_INPUT_TYPE_EXT, type); Geometry Shader 25

26 Output Type setzen Genau wie beim Primitive Input Type den Primitive Output Type festlegen: GLenum type; //one of: -GL_POINTS, -GL_LINE_STRIP, -GL_TRIANGLE_STRIP glprogramparameteriext(prog, GL_GEOMETRY_OUTPUT_TYPE_EXT, type); Geometry Shader 26

27 Beispiel Programm Einträge mit # markieren GLSL- Präprozessor-Direktiven gl_verticesin gibt Anzahl der Eingabepunkte an #version 120 #extension GL_EXT_geometry_shader4 : enable // a passthrough geometry shader for color and position int main() { for (int i=0; i<gl_verticesin; ++i) { // copy color gl_frontcolor = gl_frontcolorin[i]; // copy position gl_position = gl_positionin[i]; } // done with the vertex EmitVertex(); } EndPrimitive(); Geometry Shader 27

28 Beispiel Programm copy position: gl_positionin[] enthält Eckpunkte des Eingabeprimitives Ausgabevertices werden wie beim Vertex Shader in gl_position gespeichert #version 120 #extension GL_EXT_geometry_shader4 : enable // a passthrough geometry shader for color and position int main() { for (int i=0; i<gl_verticesin; ++i) { // copy color gl_frontcolor = gl_frontcolorin[i]; // copy position gl_position = gl_positionin[i]; } // done with the vertex EmitVertex(); } EndPrimitive(); Geometry Shader 28

29 Beispiel Programm äquivalent: copy color Mit EmitVertex() wird ein Vertex in ein Slot im Primitive Assembly step kopiert #version 120 #extension GL_EXT_geometry_shader4 : enable // a passthrough geometry shader for color and position int main() { for (int i=0; i<gl_verticesin; ++i) { // copy color gl_frontcolor = gl_frontcolorin[i]; // copy position gl_position = gl_positionin[i]; } // done with the vertex EmitVertex(); } EndPrimitive(); Geometry Shader 29

30 Beispiel Programm Mit EndPrimitive() werden alle im Primitive Assembly step gespeicherten Vertices zu einem Primitiv zusammengefügt und zum rasterisieren weitergereicht. Es gibt keine BeginPrimitive() Routine EndPrimitive() optional #version 120 #extension GL_EXT_geometry_shader4 : enable // a passthrough geometry shader for color and position int main() { for (int i=0; i<gl_verticesin; ++i) { // copy color gl_frontcolor = gl_frontcolorin[i]; // copy position gl_position = gl_positionin[i]; } // done with the vertex EmitVertex(); } EndPrimitive(); Geometry Shader 30

31 Gut zu wissen glprogramparameter müssen aufgerufen werden bevor die Shader gelinkt werden Der GS kann auf alle standard OpenGL-definierten Variablen, wie z.b. Transformationsmatrizen (gl_modelviewprojectionmatrix) zugreifen. Die Transformation muss also nicht im Vertex Shader durchgeführt werden. Der GS kann genau wie der Vertex und Fragment Shader auf uniforme Variablen zugreifen Geometry Shader 31

32 Gut zu wissen Geometry Shader 32

33 Gut zu wissen Mit dem Präfix varying versehene Variable sind Variable, mit denen der Fragment Shader interpolierte Daten empfangen kann. GLSL hat ein paar default varying Variable wie z.b. gl_color Benutzerdefinierte varying Variable sind möglich, müssen aber im Vertex und Fragment Shader definiert sein Varying Variable müssen im Vertex Shader geschrieben werden, da hier alle Werte für Variablen berechnet werden. Im Fragment Shader können die Variablen nur gelesen werden. Geometry Shader 33

34 Gut zu wissen Zusätzliche Variable gl_primitiveidin gibt die Anzahl bearbeiteter Primitive seit dem letzten Aufruf von glbegin() an Kann an Fragment Shader als gl_primitiveid weitergereicht werden Geometry Shader 34

35 Fehlerquellen Ein Geometry Shader setzt einen Vertex Shader vorraus Für den GS muss GL_GEOMETRY_VERTICES_OUT_EXT spezifiziert sein. Ohne die #version und #extension pragmas wird der shader nicht korrekt compilieren Immer Input- und Output-type des GS spezifizieren. Können verschieden sein Default GL_TRIANGLES. Geometry Shader 35

36 Fragen... Geometry Shader 36

37 Quellen [1] NVidia - P. Brown,B. Lichtenbelt GL_EXT_geometry_shader4 [2] NVidia - SIGGRAPH Sarah Tariq - DirectX10 Effects [3] NVidia - GDC Evan Hart - GeForce8800 OpenGL Extensions [4] Oregon State University Mike Bailey - GLSL Geometry Shaders [5] CUHK Yongming Xie Geometry Shader Tutorials Geometry Shader 37

38 Ende Geometry Shader 38

39 Gut zu wissen varying bedeutet für Vertex, Geometry und Fragment Shader 4 verschiedene Dinge V varying : per-vertex, one-at-a-time G varying in [] : per-vertex, in einem array vereint varying out : per-vertex, one-at-a-time, von EmitVertex() F varying : per-fragment, one-at-a-time Geometry Shader 39