Ottimizzazione della scena: culling (decimazione) Daniele Marini.

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1 Ottimizzazione della scena: culling (decimazione) Daniele Marini

2 Tipi di decimazione back face view frustum culling portali detail occlusion culling 2Programmazione grafica a.a. 2007/2008

3 Quando farlo per un pieno controllo: nella applicazione si può anche sfruttare info contenute nel frame buffer e includerlo nella pipe line il metodo ideale spedisce alla pipe line solo EVS exact visibility set, primitive parzialmente o totalmente visibili –complessità alta O(n 2 ) alternativa PVS potentially visible set, e deve comprendere EVS (conservativo), pena errori nelle immagini (approssimato) –sfrutta z-buffer per la visibilità finale 3Programmazione grafica a.a. 2007/2008

4 La pipe line 4 ApplicGeomRast Model and View Transform LightingProjectionClipping Screen Mapping Programmazione grafica a.a. 2007/2008

5 Riassunto coordinate 5 Model and View Transform LightingProjectionClipping Screen Mapping World Coord. 3D World Coord. 4D (Omogenee) Normalized Device Coord. 4D (Omogenee) Window Coord. 2D (x’,y’) coordinate schermo + coordinata z di profondità mantenuta a parte Programmazione grafica a.a. 2007/2008

6 Back face culling sono le facce autonascoste, orientate in senso opposto all’osservatore si calcola la normale al poligono proiettato sul piano immagine: n=(v 1 -v 0 ) x (v 2 -v 0 ), v i vertici poligono; la normale ha la forma (0,0,a) o (0,0,-a) con a>0; se asse z punta verso lo schermo (0,0,a) indica un poligono orientato verso l’osservatore il risparmio consiste nell’evitare la scan conversione dei poligoni esclusi accresce la complessità nella fase di geometria 6Programmazione grafica a.a. 2007/2008

7 Back face culling si può eseguire prima nello stadio geometrico, lavorando nello spazio “vista” –In tal caso si testa la normale rispetto alla direzione di vista è meglio eseguirlo nello spazio schermo NDC: errori di arrotondamento possono modificare lievemente l’orientamento di un poligono 7Programmazione grafica a.a. 2007/2008

8 Back face culling OGL disponibile la funzione glCullFace(GL_FRONT|GL_BACK|GL_FRONT_BACK) da chiamare dopo aver abilitato il culling con: glEnable(GL_CULL_FACE) OGL permette di riorientare le facce di un poliedro con glFrontFace(GL_CCW|GL_CW) 8Programmazione grafica a.a. 2007/2008

9 Clustered Back face culling Lo spazio delle normali viene suddiviso in frustum chiamati cluster Sono definiti 6 frusta, orientati come le facce di un cubo, con il vertice al centro Ogni cluster contiene i poligoni che hanno la normale compresa nell’intervallo del frustum corrispondente Questa classificazione si esegue in fase di preprocessing, in esecuzione si trattano solo i poligoni che appartengono a cluster visibili 9Programmazione grafica a.a. 2007/2008

10 View frustum culling valutare il BV rispetto al frustum di visione se il BV è gerarchico anche il culling è gerarchico Se un BV è esterno al frustum non viene spedito alla pipe-line Se un BV è (parzialmente) interno a un frustum le primitive interne al BV vengono spedite alla pipe line ed elaborate Se si utilizza un scene graph i BV possono essere organizzati gerarchicamente 10Programmazione grafica a.a. 2007/2008

11 View frustum culling si sfrutta anche la coerenza tra frame: se un BV è esterno lo è probabilmente anche nel frame successivo se i movimenti sono vincolati (traslazioni o rotazioni attorno un solo asse) al frame successivo il test può essere accelerato, memorizzando la distanza dal piano del frustum e aggiornandola 11Programmazione grafica a.a. 2007/2008

12 Portali adatto a scenari architettonici, una parete svolge un ruolo di occlusore si considera un frustum limitato da finestre o porte quando si attraversa una finestra o una porta il frustum viene aggiornato 12Programmazione grafica a.a. 2007/2008

13 Portali si esegue un pre-processing suddividendo lo scenario in celle (una per ogni stanza o corridoio) porte, finestre e pareti della cella formano la struttura dati le celle si organizzano in un grafo di adiacenza per descrivere la topologia della scena 13Programmazione grafica a.a. 2007/2008

14 Portali 1.localizza la cella V dove si trova l’osservatore 2.inzializza un BB P rettangolare pari alla finestra di vista, allineato agli assi 3.renderizza la geometria della cella V con view frustum culling, definito da P e con vertice nell’osservatore 4.ripeti ricorsivamente per le celle adiacenti seguendo il grafo di adiacenza; per ciascun portale della cella corrente proietta il portale sullo schermo e trova il rettangolo AABB della proiezione; calcola l’intersezione logica di P e del rettangolo AABB proiettato 14Programmazione grafica a.a. 2007/2008

15 Portali 5. per ciascuna intersezione logica: se è vuota allora la cella adiacente non è visibile e si scarta, se non è vuota esegui il culling rispetto al frustum che va dall’osservatore al rettangolo proiettato dall’intersezione rettangolare 6. se l’intersezione logica non era vuota le celle adiacenti successive possono essere visibili e si ripete ricorsivamente da 3. con un nuovo P generato dalla intersezione precedente; ogni oggetto già esaminato va etichettato per evitare di ripassarci 15Programmazione grafica a.a. 2007/2008

16 16 eye Programmazione grafica a.a. 2007/2008

17 Dettagli (detail culling) Chiamato anche screen size culling si stima l’area in pixel del BV sul piano di proiezione se è sotto una soglia non si rende quando l’osservatore è fermo viene disabilitato e si rende tutto è simile a un LOD semplificato a due soli livelli Presenta difetti di pop up 17Programmazione grafica a.a. 2007/2008

18 Occlusion culling evitare di rendere più volte oggetti che si occludono lavorando sempre sugli stessi pixel nello z-buffer (paesaggi, alberi, edifici,...) occlusion culling è simile a un test di ombra molte soluzioni: spazio immagine, spazio oggetti, spazio raggi altra classificazione: basati su un punto, basati su una cella 18Programmazione grafica a.a. 2007/2008

19 Occlusion culling 19 eye L’obiettivo è di evitare di spedire alla pipeline oggetti occlusi Programmazione grafica a.a. 2007/2008

20 Occlusion culling richiede un test di visibilità, basato su ordinamento tra oggetti G insieme di oggetti da rendere O R insieme che rappresenta le occlusioni P insieme di occlusori potenziali 20Programmazione grafica a.a. 2007/2008

21 Occlusion culling O R =empty P=empty for each object g in G if (isOccluded(g,O R ) skip(g) else render(g) add(g,P) if(largeEnough(P)) update(O R, P) P=empty end 21Programmazione grafica a.a. 2007/2008

22 Occlusion culling è costoso una buona strategia consiste nel creare una rappresentazione degli occlusori iniziali e aggiornarla frame per frame si può accelerare ordinando gli oggetti secondo la distanza 22Programmazione grafica a.a. 2007/2008