Bruno Pereira Evangelista. Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais

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Suzana de Paiva Barata
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2 2/60 Apresentação Introdução Pipeline de renderização Efeitos utilizando GPUs Shaders Como utilizar shaders Ferramentas Demos de shaders Outros usos da GPU

3 3/ : Bacharelado em Ciência da Computação (PUC Minas) : Cursos e mini-cursos sobre OpenGL 2005: Olympya (MMO FutWeb) 2005: Pesquisas na área de não-fotorealismo Renderização de cartoons (Sibgrapi 2005) 2006: Pesquisas na área de foto-realismo Renderização de superfícies detalhadas

4 4/60 A industria de jogos tem buscado criar ambientes virtuais com alto nível de realismo Níveis de realismo tão altos que não possam ser diferenciados do mundo real

5 5/60 Durante muito anos as APIs gráficas (DirectX, OpenGL) trabalharam utilizando um modelo de processamento fixo para renderização das cenas Modelo de iluminação fixo Impossibilidade de aplicação de vários efeitos foto-realistas (e não foto-realistas) Jogos com gráficos semelhantes

6 6/60 Devido a esses problemas surgiu a necessidade de alterar a forma como as cenas eram processadas Com a introdução dos hardwares gráficos programáveis (GPUs) isso se tornou possível Possibilita criar cenas realísticas, com efeitos nunca vistos antes Versões recentes das APIs gráficas possuem suporte as GPUs (DirectX 8+, OpenGL 1.5+)

7 7/60 Geometria (Espaço 3D) Etapas programáveis Proc. Vertices* Rasterização Proc. Pixels* GameFest: Shaders and Shader Tools for Artists Imagem Renderizada

8 8/60 Informações necessárias para a construção das geometrias Posição dos vértices (v1, v2, v2) Cor dos vértices Outros Informações geralmente exportadas de softwares de modelagem (3D Studio Max, Maya, outros)

9 9/60 Geometria (Espaço 3D) Etapas programáveis Proc. Vertices Rasterização Proc. Pixels GameFest: Shaders and Shader Tools for Artists Imagem Renderizada

10 10/60 Processa os vértices, e informações relativas aos vértices, para poderem ser exibidos na tela Câmeras (Visão, Projeção) Iluminação Deformações nas malhas Animações Outros

11 11/60 Geometria (Espaço 3D) Etapas programáveis Proc. Vertices Rasterização Proc. Pixels GameFest: Shaders and Shader Tools for Artists Imagem Renderizada

12 12/60 Transforma as geometrias do espaço vetorial para pixels (Imagem 2D) Geração de uma imagem bidimensional contendo a cena Necessário para ser exibido para o usuário

13 13/60 Geometria (Espaço 3D) Etapas programáveis Proc. Vertices Rasterização Proc. Pixels GameFest: Shaders and Shader Tools for Artists Imagem Renderizada

14 14/60 Processa a imagem 2D gerada Filtros para remoção de serrilhamentos Adição de efeitos (Blur, Glow,...) Outros

15 15/60 Geometria (Espaço 3D) Etapas programáveis Proc. Vertices Rasterização Proc. Pixels GameFest: Shaders and Shader Tools for Artists Imagem Renderizada

16 16/60 Modelos de luzes reais

17 17/60 Reflexão e refração de ambientes

18 18/60 Unreal Engine High Dynamic Rendering

19 19/60 Relief Mapping (Policarpo 2006) Simulação de detalhes em superfícies

20 20/60 Hugo Beyer ATI The Matrix Renderização de peles humanas

21 21/60 Renderização de Cartoons

22 22/60 O que são shaders? Shaders são pequenos programas que são executados nas GPUs Utilizados para definir o processamento dos vértices e pixels da cena Na nova versão do HLSL (Shader Model 4) também será possível definir o processamento das geometrias

23 23/60 Linguagens para programação de shaders Cg (nvidia), GLSL (OpenGL), HLSL (Microsoft), Sh, outras Todas as linguagens possuem sintaxe similar ao C Assim como todo programa os shaders também precisam ser compilados e linkados Geralmente ocorre em tempo de execução

24 24/60 Processamento aplicado a cada vértice da geometria Têm como entrada todos os atributos dos vértices Posição, Normal, Cor, Coordenada de textura, outros Além dessas informações o programa pode fornecer outros parâmetros ao shader Pode fornecer dados de entrada para o Pixel Shader

25 25/60 Processamento aplica a cada pixel (ou fragmento) da tela Têm como entrada todos os atributos dos pixels Cor, Profundidade, Transparência, outros GPUs geralmente possuem um poder de processamento de pixels muito superior ao de vértices

26 26/60 A programação com shaders impõem diversas restrições Tamanho do código do programa Desvios dinâmicos (if, switch, while,...) Precisão nos cálculos (float8, float16) Outros Essas restrições tem sido superadas com a evolução dos shaders

27 27/60 Alguns passos são necessários para utilização de um shader Criação de um programa para renderização utilizando uma API gráfica com suporte a shaders Carregar e compilar o código do shader Fornecer os parâmetros necessários para execução do shader Ativar o shader Desenhar a cena

28 28/60 Problemas Vários passos para utilização do shaders podem tornar o processo cansativo e improdutivo Algumas modificações precisam ser feitas no código fonte do programa, alterando os dados que são passados para o shader Modificações no shader, e seus parâmetros, não podem ser observadas em tempo real

29 29/60 Devido as necessidades no desenvolvimento de shader, diversas ferramentas foram criadas FX Composer (nvidia) Render Monkey (ATI) Shader Studio (Garage Games) Outros

30 ATI Render Monkey

31 Demo 1: Técnicas de iluminação por vértice e pixel utilizando shaders FX Composer

32 Demo 2: Aplicação de vários efeitos diferentes na renderização de uma cena FX Composer

33 Videos Taikodom, DirectX10, Outros

34 34/60 Devido a seu alto poder de processamento, também é possível utilizar as GPUs para realizar cálculos de propósito geral (General Purpose GPU) Cálculo de estrutura de proteínas Resolução de equações algébricas e sistemas lineares Algoritmos de ordenação Outros

35 35/60 A utilização da GPU para realização desses cálculos de propósito geral ocorre devido ao seu alto poder de processamento As GPUs atuais possuem um poder de processamento, superior aos processadores

36 36/60 Luiz Henrique (O2 Games) Rodrigo Damazio (Hoplon) William Mallouk (Egine Cadabra)

37 37/60 Bruno Pereira Evangelista Página pessoal: "De fato, que aproveitará ao homem ganhar o mundo inteiro mas perder sua alma?" Mateus 16, 26

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