Vertex-/Pixel-Shader

Programmierbare
Hardware-Shader
Jörn Loviscach
Hochschule Bremen
Überblick
Vertex- und Pixel-Shader
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Anwendungsbeispiele
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fx-Dateien
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Anwendungsbeispiele
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Zusammenfassung
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Vertex- und Pixel-Shader
Hardware-Renderpipeline
klassisch
CPU
Transf., Beleuchtg., Proj.
Clipping, w-Division
Triangle Setup, Rasterung
Texturierung, Nebel
Alpha, Tiefentest
Puffer
Vertex- und Pixel-Shader
Hardware-Renderpipeline
klassisch
aktuell
CPU
CPU
Transf., Beleuchtg., Proj.
Vertex-Shader
Clipping, w-Division
Clipping, w-Division
Triangle Setup, Rasterung Triangle Setup, Rasterung
Texturierung, Nebel
Pixel-Shader
Alpha, Tiefentest
Alpha, Tiefentest
Puffer
Puffer
Vertex-Shader
kein
●
kein
●
kein
●
kein
●
Zugriff auf andere Vertices
Erzeugen eines neuen Vertex
Löschen des Vertex
Zugriff auf Texturen
Vertex-Shader
kein
●
kein
●
kein
●
kein
●
Zugriff auf andere Vertices
Erzeugen eines neuen Vertex
Löschen des Vertex
Zugriff auf Texturen
Verformungen
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Verzerrung von Textur-Koordinaten
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Farbänderung pro Vertex
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Vertex-Shader
Ausführungsumgebung
z.B. 16 Eingaberegister
Anwendung
z.B. 256 Konstanten
ALU
z.B. 32 Arbeitsregister
z.B. 21 Ausgaberegister
alle Register:
vier Gleitkommawerte
Pixel-Shader
kein Zugriff auf andere Pixel
●
Bildschirmposition unveränderlich
●
Pixel-Shader
kein Zugriff auf andere Pixel
●
Bildschirmposition unveränderlich
●
Zugriff auf Texturen
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Vertex-Geometriedaten als Input
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ggf. Ableitungen bzgl. Bildschirm-xy
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Farbberechnungen
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Überblendungen
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Tiefe bzgl. Bildschirm ändern
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Vertex-/Pixel-Shader
Beispiele aus:
Nvidia Cg Browser
Vertex Noise
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Procedural Terrain
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Matrix Palette Skinning
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Fresnel Demo
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Detail Normal Maps
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Bump Reflection Mapping
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Refractive Dispersion
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Vertex-/Pixel-Shader
Programmierung
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maximal z.B. 256 Befehle
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meist vier float (32 Bit) als Vektor
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„Swizzle“: ... = C[95].xwzx
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„Write Mask“: R[10].xz = ...
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Schleifen, Unterprogramme, Sprünge
mit Einschränkungen
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Geometriebefehle
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Texturabfragen (Pixel-Shader)
Vertex-/Pixel-Shader
Performance (nur Vertex-Shader)
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GeForce 3 Ti 200
4*0160 MFLOPS
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GeForce 4 Ti 4200
4*0470 MFLOPS
●
GeForce FX 5900
4*1100 MFLOPS
Parallelität:
z.B. vier Vertex-Shader-Einheiten,
acht Pixel-Shader-Einheiten
Vertex-/Pixel-Shader
Assembler
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DirectX
●
OpenGL ARB
●
proprietär
Vertex-/Pixel-Shader
Assembler
●
DirectX
●
OpenGL ARB
●
proprietär
Hochsprachen
●
Nvidia Cg
●
DirectX HLSL
●
OpenGL SLang
Demo:
Nvidia Cg Browser
Vertex-/Pixel-Shader
Beispiele
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●
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Qbist2:
prozedurale Echtzeit-Videos
genetische Suche
nach Bild-Algorithmen
evolutionäres Design
von Materialien
.fx-Dateien
.fx-Dateien
fx: „Effects“
Materialien zuzuweisen und einzustellen
soll kein Job für Programmierer sein,
sondern für Designer!
komplette Programmierung
eines Materials als .fx-Textdatei
.fx-Dateien
Vertex- und Pixel-Shader-Quellcode
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Alpha, z-Vergleich etc.
als Textkommando
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ggf. mehrere Durchgänge (Passes)
●
ggf. mehrere Techniken (Techniques)
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Eingabegrößen (vor allem Matrizen)
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grafische Oberfläche
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Demo:
Nvidia CgFX Viewer
.fx-Dateien
Arbeitsablauf
in 3D-Software (Maya, XSI, 3ds max):
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Modelle bauen
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.fx-Materialien zuweisen
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mit Echtzeitvorschau einstellen
in Game-Engine:
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Modelle laden
●
.fx-Materialien laden
●
Modelle mit jeweiligen .fx rendern
.fx-Dateien
.fx-Frameworks
●
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Microsoft DirectX 9:
direkt fx-Dateien verwendbar
Nvidia CgFX: Anbindung
an OpenGL und DirectX
Demo:
.fx in Managed DirectX
.fx-Dateien
Beispiel: C4Dfx
Besonderheiten:
.fx in Datei rendern
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Grafikkarte auch für
Offline-Rendering (siehe Maya)
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dazu Emulation
des Standard-Materials
als .fx-Datei im Speicher
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.fx-Dateien
Beispiel: C4Dfx
Emulation
Demo: interne .fx-Datei
Bump-Map zu Normal-Map
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Environment-Map von Kugel auf Würfel
●
Glanzlicht-Form als Textur
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für Schatten Tiefen-Map gerendert
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.fx-Dateien
200
300
150
200
100
75
time for 10 frames (seconds)
400
time (seconds)
time for 10 frames (seconds)
Benchmarks zu C4Dfx
100
50
0
0
0
1
2
3
frame size (million pixels)
4
50
Cinema 4D
C4Dfx
25
0
0
5
10
15
20
25
30
number of frames
35
40
0
100000
200000
number of polygons
300000
Zusammenfassung
Zusammenfassung
●
Vertex- und Pixel-Shader machen
große Teile der Render-Pipeline
programmierbar
Zusammenfassung
Vertex- und Pixel-Shader machen
große Teile der Render-Pipeline
programmierbar
●
Programmiermodell auf Geometrieund Farbverarbeitung gerichtet
●
Zusammenfassung
Vertex- und Pixel-Shader machen
große Teile der Render-Pipeline
programmierbar
●
Programmiermodell auf Geometrieund Farbverarbeitung gerichtet
●
ungestörte Parallelität
●
Zusammenfassung
Vertex- und Pixel-Shader machen
große Teile der Render-Pipeline
programmierbar
●
Programmiermodell auf Geometrieund Farbverarbeitung gerichtet
●
ungestörte Parallelität
●
hohe Leistung
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Zusammenfassung
Vertex- und Pixel-Shader machen
große Teile der Render-Pipeline
programmierbar
●
Programmiermodell auf Geometrieund Farbverarbeitung gerichtet
●
ungestörte Parallelität
●
hohe Leistung
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.fx-Dateien als Mittel, komplexe
Materialien zu bündeln, auszutauschen
und für Designer zugänglich zu machen
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