Echtzeitfähige hige Verfahren in der Computergrafik. Lehrstuhl für f r Informatik Computer Grafik und Visualisierung TUM

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Anton Koenig
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1 Echtzeitfähige hige Verfahren in der Computergrafik Prof. Dr. Rüdiger R Westermann Lehrstuhl für f r Informatik Computer Grafik und Visualisierung TUM

2 Lehr- und Forschungsinhalte Visualisierung Darstellung hochaufgelöster Daten Skalar- und Vektorfelder Bildsynthese Interaktive Grafikalgorithmen Visuelle Simulation und Rendering

Herausforderungen Interaktive Visualisierung großer Datensätze Adaptive und hierarchische Verfahren Merkmalsextraktion in Skalar- und Vektorfeldern Vektorfeldern

3 Herausforderungen Interaktive Visualisierung großer Datensätze Adaptive und hierarchische Verfahren Merkmalsextraktion in Skalar- und Vektorfeldern Vektorfeldern Datenkompression und Simplifizierung 32:1 True color 24 bpp Prof. Dr. R. Westermann 2.06 bpp Tag der Informatik 2002 m computer graphics graphics & & visualization visualization

4 Herausforderungen Schritt halten mit der Dynamik des Spielemarktes Höchstleistung durch Ausnutzen spezieller Hardware-Features Neue Darstellungstechniken durch erweiterte Funktionalität Erweitere Möglichkeiten zur Geometrieverarbeitung Texturen als neue Rendering-Primitive Programmierbare Grafikhardware Ausnutzen der Funktionalität t für f r nicht-grafische Anwendungen Parallele Berechnungssprache auf PC-Grafikkarten Teilhaben an kurzen Entwicklungszyklen und kostengünstigen nstigen Alternativen

5 Fokus im aktuellen Vortrag Programmierbare Grafikhardware der Schlüssel zur Echtzeit? Beispiele aus den Bereichen Visualisierung Simulation Rendering

6 Programmierbare Grafikhardware Grafikhardware Frühe Generationen optimiert zur Darstellung texturierter Dreiecke Geometry Rasterisierung Textur Fragment Optimierte Recheneinheiten zur Realisierung einzelner Stufen Pipeline Architektur Hardware Implementierung Parallele Fragmentprozessoren Hohe Speicherbandbreite Fixe Funktionalität

7 Programmierbare Grafikhardware Grafikhardware Leistungsmerkmale Bearbeitung von 130 Mio/sek Punktkoordinaten in der Geometrieeinheit 4 Bio/sek Texturwerten in der Fragmenteinheit Grafikleistung der Karten (z.b. Nvidia) wächst w um 225%/jahr Moore s s law verdreifacht Stream Architekur Daten-Parallel Pipeline-Parallel

8 Programmierbare Grafikhardware Aktuelle Trends und Entwicklungen Programmierbare Einheiten Geometry Textur Fragment Transformation Beleuchtung Textur Koord. Tex.-Addr. Arith. Ops. Test + log.ops. Vertex Programm Fragment Programm Programmierbare Einheiten Vertex/Pixel Shader, Cg

9 Beispiele

10 Interaktive Computergrafik Beispiele Volume-Rendering 3D Texturen, tri-lineare Interpolation, 8-fach Zugriff auf Texturspeicher, Beleuchtungssimulation Simulation von dynamischen Wasseroberflächen Punktweise Auswertung stochastischer Fraktale,, Physik-basierte Refraktion und Reflektion Simulation und Animation von Starrkörpernrpern Schattensimulation, Bump-Maps,, Berechnung von Drehmomenten, translativer und Rotationsgeschwindigkeit Virtuelle Welten Darstellung von Höhenfeldern, H Dynamische Texturen, Partikel- basierte Effekte

11 Interaktive Computergrafik Beispiele Volume-Rendering 3D Texturen, tri-lineare Interpolation, 8-fach Zugriff auf Texturspeicher, Beleuchtungssimulation Simulation von dynamischen Wasseroberflächen Punktweise Auswertung stochastischer Fraktale,, Physik-basierte Refraktion und Reflektion Simulation und Animation von Starrkörpernrpern Schattensimulation, Bump-Maps,, Berechnung von Drehmomenten, translativer und Rotationsgeschwindigkeit Virtuelle Welten Darstellung von Höhenfeldern, H Dynamische Texturen, Partikel- basierte Effekte

12 Interaktive Computergrafik Beispiele Volume-Rendering 3D Texturen, tri-lineare Interpolation, 8-fach Zugriff auf Texturspeicher, Beleuchtungssimulation Simulation von dynamischen Wasseroberflächen Punktweise Auswertung stochastischer Fraktale,, Physik-basierte Refraktion und Reflektion Simulation und Animation von Starrkörpernrpern Schattensimulation, Bump-Maps,, Berechnung von Drehmomenten, translativer und Rotationsgeschwindigkeit Virtuelle Welten Darstellung von Höhenfeldern, H Dynamische Texturen, Partikel- basierte Effekte

13 Interaktive Computergrafik Beispiele Volume-Rendering 3D Texturen, tri-lineare Interpolation, 8-fach Zugriff auf Texturspeicher, Beleuchtungssimulation Simulation von dynamischen Wasseroberflächen Punktweise Auswertung stochastischer Fraktale,, Physik-basierte Refraktion und Reflektion Simulation und Animation von Starrkörpernrpern Schattensimulation, Bump-Maps,, Berechnung von Drehmomenten, translativer und Rotationsgeschwindigkeit Virtuelle Welten Darstellung von Höhenfeldern, H Dynamische Texturen, Partikel- basierte Effekte

14 Zusammenfassung Grafikhardware-unterstützte tzte Anwendungen Verfahren zur Simulation und Darstellung Schneller als CPU basierte Verfahren Parallele Berechnungen Effiziente Kommunikation Spezielle Progr. Modelle u. Parallelisierungsstrategien notwendig Anwendung in unterschiedlichen Bereichen Visualisierung Virtuelle Realität t und Computerspiele Simulation und Computational Steering

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