Implementação do algoritmo Marching Cubes usando shaders. Luiz Fernando Oliveira Corte Real

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Thereza Carmona Martini
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1 Implementação do algoritmo Marching Cubes usando shaders Luiz Fernando Oliveira Corte Real

2 Marching Cubes Textura 3D Isosuperfície

3 Marching Cubes Textura 3D Isosuperfície

4 Marching Cubes Isosuperfície: 6

5 Marching Cubes Isosuperfície: 6 (marcação apenas ilustrativa e errada)

6 Marching Cubes Isosuperfície: 6 (marcação apenas ilustrativa e errada)

7 Marching Cubes

8 OpenGL Pipeline Pipeline fixo

9 OpenGL Pipeline Pipeline fixo Padrão até OpenGL 2.1 Removido no 3.1

10 OpenGL Pipeline Pipeline programável

11 OpenGL Pipeline Vertex Shader: transformações vértice a vértice Posição Normal Cor

12 OpenGL Pipeline Geometry Shader: transformações em primitivas Uma entrada Várias saídas

13 OpenGL Pipeline Fragment Shader: transformações fragmento a fragmento Iluminação Texturização

14 OpenGL Pipeline Paralelismo: de graça! Vértices processados em paralelo OpenGL cuida dos problemas de concorrência

15 OpenGL Pipeline Ideia: patches do algoritmo produzidos no Geometry Shader

16 Implementação Paralelismo no processamento dos vértices

17 Implementação Paralelismo no processamento dos vértices Cubos do algoritmo independentes

18 Implementação Paralelismo no processamento dos vértices Cubos do algoritmo independentes Um vértice para cada cubo!

19 Implementação 1º passo: um vértice para cada cubo

20 Implementação Resolução: HxWxD

21 Implementação Resolução: HxWxD 1 dx = 1 / W dy = 1 / H dz = 1 / D 0 dy dx 0 1 dz 0 1

22 Implementação Vértices: (-1, -1, -1) -> (1, 1, 1)

23 Implementação Vértices: (-1, -0.95, -0.8) -> (1, 0.95, 0.8) (supondo W > H > D)

24 Implementação Vértices: (-1, -0.95, -0.8) -> (1, 0.95, 0.8) Voxel: (x, y, z) Vértice: (-1, -0.95, -0.8) + 2 (dx.x, dy.y, dz.z)

25 Implementação Vértices: (-1, -0.95, -0.8) -> (1, 0.95, 0.8) glbegin(gl_points); for (double x = -maxx; x <= maxx; x += 2 * dx) { for (double y = -maxy; y <= maxy; y += 2 * dy) { for (double z = -maxz; z <= maxz; z += 2 * dz) { glvertex3f(x, y, z); } } } glend(gl_points);

26 Implementação Vértices: (-1, -0.95, -0.8) -> (1, 0.95, 0.8) glbegin(gl_points); for (double x = -maxx; x <= maxx; x += 2 * dx) { for (double y = -maxy; y <= maxy; y += 2 * dy) { for (double z = -maxz; z <= maxz; z += 2 * dz) { glvertex3f(x, y, z); } } } glend(gl_points);

27 Implementação 1º passo: um vértice para cada cubo 2º passo: tabela de patches no shader

28 Implementação Tabela: 1 linha = 1 possível configuração do cubo

29 Implementação Tabela: 1 linha = 1 possível configuração do cubo 8 vértices = 28 possibilidades = 256 linhas

30 Implementação Tabela: 1 linha = 1 possível configuração do cubo 8 vértices = 28 possibilidades = 256 linhas Colunas = arestas do cubo c/ ponto do patch Maior patch: 16 vértices => 16 colunas

31 Implementação Tabela: 1 linha = 1 possível configuração do cubo 8 vértices = 28 possibilidades = 256 linhas Colunas = arestas do cubo c/ ponto do patch Maior patch: 16 vértices => 16 colunas 256 x 16 = 4096 inteiros

32 Implementação 1 linha: índices das arestas do cubo com vértices -1 = fim 3, 0, 9, 3, 9, 11, 11, 9, 10, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1

33 Implementação int RawTriangleTable[] = { -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, 0, 8, 3, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, 0, 1, 9, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, 1, 8, 3, 9, 8, 1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, 1, 2, 10, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, , 3, 8, 2, 8, 10, 0, 1, 8, 1, 10, 8, -1, -1, -1, -1, 1, 10, 2, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, 1, 3, 8, 9, 1, 8, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, 0, 9, 1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, 0, 3, 8, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1};

34 Implementação Muitos dados para passar para shader Textura

35 Implementação glgentextures(1, &triangletabletexture); glactivetexture(gl_texture1); glenable(gl_texture_2d); glbindtexture(gl_texture_2d, triangletabletexture); gltexparameteri(gl_texture_2d, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_NEAREST); gltexparameteri(gl_texture_2d, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_NEAREST); gltexparameteri(gl_texture_2d, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_CLAMP_TO_EDGE); gltexparameteri(gl_texture_2d, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_CLAMP_TO_EDGE); gltexparameteri(gl_texture_2d, GL_TEXTURE_WRAP_R, GL_CLAMP_TO_EDGE); glteximage2d(gl_texture_2d, 0, GL_ALPHA16I_EXT, 16, 256, 0, GL_ALPHA_INTEGER_EXT, GL_INT, &RawTriangleTable);

36 Implementação Sem interpolação! glgentextures(1, &triangletabletexture); glactivetexture(gl_texture1); glenable(gl_texture_2d); glbindtexture(gl_texture_2d, triangletabletexture); gltexparameteri(gl_texture_2d, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_NEAREST); gltexparameteri(gl_texture_2d, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_NEAREST); gltexparameteri(gl_texture_2d, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_CLAMP_TO_EDGE); gltexparameteri(gl_texture_2d, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_CLAMP_TO_EDGE); gltexparameteri(gl_texture_2d, GL_TEXTURE_WRAP_R, GL_CLAMP_TO_EDGE); glteximage2d(gl_texture_2d, 0, GL_ALPHA16I_EXT, 16, 256, 0, GL_ALPHA_INTEGER_EXT, GL_INT, &RawTriangleTable);

37 Implementação 1. Calcular valor da textura nos vértices do cubo 2. Marcar quais são maiores e menores que o valor da superfície 3. Obter linha da tabela correspondente 4. Calcular posição dos vértices nas arestas 5. Gerar triângulos

38 Implementação Vertex Shader: apenas passa os vértices (pontos) para o Geometry Shader Fragment Shader: colore e ilumina os triângulos rasterizados do Geometry Shader

39 Implementação Vertex Shader: apenas passa os vértices (pontos) para o Geometry Shader Fragment Shader: colore e ilumina os triângulos rasterizados do Geometry Shader Usa a textura para calcular as normais

40 Demonstração

41 Otimização Toda a superfície é regerada a cada alteração na cena

42 OpenGL Pipeline

43 OpenGL Pipeline Transform feedback

44 OpenGL Pipeline Transform feedback Extensão OpenGL até versão 2.1 Core a partir da 3.0

45 Otimização

46 Otimização

47 Demonstração

48 Links Implementação original: org/blog_techno/gpu/opengl_geometry_shader_marching_cubes.html Transform feedback: org/registry/specs/ext/transform_feedback.txt Implementação no MedSquare: net/svnroot/medsquare/branches/marchingcubes/rendering/vtkmsqopenglshadersimagemarchingcubesmapper. cxx Obrigado!

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