BC/NW 2007, №1, (10) :16.16

 

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АППАРАТНОГО УСКОРЕНИЯ ТРЕХМЕРНОЙ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ

А. А. Цыганов, А. И. Пугачев, Б. В. Мартемьянов

(СамГТУ, Самара)

 

Данная работа представляет собой исследование современных методов, применяемых при работе с графическими ускорителями. В работе изложена реализация приложения, использующего эти методы. Программирование подобных приложений затрагивает обширный круг проблем, таких как математические алгоритмы построения трёхмерных изображений, способы оптимизации и подходы к созданию эффективной программной архитектуры.

Графические ускорители представляют собой конвейер, выполняющий набор стандартных операций по обработке трехмерных объектов. Они включают в себя трансформацию вершин, обработку примитивов, текстурирование, растеризацию, осуществление теста глубины и другие операции. Хотя процесс обработки стандартен, программист имеет широкие возможности по управлению его отдельными частями. Наиболее значимой возможностью является наличие в современных ускорителях программируемого графического процессора. Его использование осуществляется путем создания специальных программ, называемых шейдерами. Благодаря оптимизации выполнения сложных математических операций с числами в формате с плавающей точкой, графические процессоры позволяют производить в реальном времени различные сложные вычисления, например, расчёты освещенности. С помощью механизма шейдеров можно полностью управлять обработкой отдельных вершин и пикселей в графическом конвейере.

В разработанном приложении реализованы модели освещения и эффекты, используемые в современных программах, использующих трехмерную графику реального времени. Применение шейдеров позволяет вычислять освещенность индивидуально для каждого пикселя, реализуя так называемое попиксельное освещение. Это значительно улучшает внешний вид формируемых изображений. Диффузные и бликовые модели освщения, широко применяемые в компьютерной графике, дополнены эффектом микронеровностей, реализуемым с помощью карты нормалей. Этот подход позволил вместо увеличения сложности геометрии трёхмерных объектов, создать иллюзию неровности их поверхности, задавая отклонение нормалей с помощью текстуры. Для придания имитируемой поверхности большей достоверности, используется эффект так называемого параллакса, то есть смещения текстурных координат в зависимости от положения наблюдателя, что создаёт видимость объемности таких неровностей. Тестирование приложения показало его высокую производительность в реальном времени.

Приложение создано на языке C++ с использованием программного интерфейса Direct3D, предоставляющего доступ к аппаратным функциям графического ускорителя. Шейдерные программы написаны на языке High Level Shader Language.

Литература

Е. В. Шикин, А. В. Боресков. Компьютерная графика. Полигональные модели. – М.: «ДИАЛОГ-МИФИ», 2005.

Jeff Plummer. A flexible and expandable architecture for computer games. Thesis for the Degree of Master of Science. – Arizona State University, 2005.

developer.nvidia.com – материалы сайта компании NVIDIA для разработчиков.

msdn.microsoft.com – материалы библиотеки Microsoft Developer Network, посвященные разработке приложений с использованием DirectX.

www.gamedev.ru – материалы сайта русского сообщества разработчиков игр.