Prozedurale Texturen

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A guest lecture about procedural texturing in a computer graphics course at the university of oldenburg.

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Prozedurale Texturen

  1. 1. C A R L V O N O S S I E T Z K Y Prozedurale Texturen Johannes Diemke Ubung im Modul OpenGL mit Java Wintersemester 2012/2013
  2. 2. Ruckblick Traditionelles Texture Mapping Graphische Primitive werden mit Bildern versehen Verlagerung von Details in Texturen I Vereinfachung geometrischer Modelle I Darstellung komplizierter Ober achen durch Photographien und Bilder Nachteile Hoher Speicherbedarf Kompliziertes Mapping Photographien beinhalten bereits Beleuchtung Johannes Diemke OpenGL mit Java WiSe 2012 / 2013 2/21
  3. 3. Ruckblick Wieso ist das ein Problem? Inhalt von 3D Programmen setzt sich zusammen aus I Meshes I Animationen I Texturen Texturen nehmen ublicherweise den groten Anteil am benotigten Speicherbedarf ein Was kann man machen? JPG Komprimierung (Faktor 10 bis 20, verlustbehaftet) Prozedural generierte Texturen (sehr viel hoher, verlustfrei) Johannes Diemke OpenGL mit Java WiSe 2012 / 2013 3/21
  4. 4. Prozedurale Techniken Allgemein Verwendung von deterministischen Algorithmen zur Generierung von Programminhalten I Objekte I Eigenschaften I Bewegungen I Musik Vorteile I Zeit- und platzsparende Generierung komplexer Inhalte I Flexibilitat durch parametrische Kontrolle I Detail on Demand Johannes Diemke OpenGL mit Java WiSe 2012 / 2013 4/21
  5. 5. Prozedurale Techniken Beispiel: Pixar's Brave Prozedural generierte Baume, Busche, Blumen etc. math as a brush/an artistic tool (Quelle: http://youtu.be/EnaA9ZRPXiE) Johannes Diemke OpenGL mit Java WiSe 2012 / 2013 5/21
  6. 6. Prozedurale Texturen Was sind prozedurale Texturen? Durch Algorithmen generierte Texturen I Im Primarspeicher I Direkt im Fragment-Shader Textur = Algorithmus + Parameter Komplexe Texturen durch Kombination und Modi
  7. 7. kation bestehender Texturen I Texturen werden in einfachere Operationen unterteilt (divide and conquer) Johannes Diemke OpenGL mit Java WiSe 2012 / 2013 6/21
  8. 8. Prozedurale Texturen Vorteile Beliebige Au osung (Detail on Demand) Keine Komprimierungsartefakte (verlustfrei) Geringer Speicherbedarf Texturen konnen falls notwendig direkt tileable erzeugt werden Normal-Map Generierung Johannes Diemke OpenGL mit Java WiSe 2012 / 2013 7/21
  9. 9. Prozedurale Texturen Verbinden mehrerer einfacher Standardfunktionen ... Johannes Diemke OpenGL mit Java WiSe 2012 / 2013 8/21
  10. 10. Prozedurale Texturen ... zu etwas Komplexerem Johannes Diemke OpenGL mit Java WiSe 2012 / 2013 9/21
  11. 11. Prozedurale Texturen Beispiel: Textur im Primarspeicher generieren Speicher fur die Textur allozieren: int[] texture = new int[256*256]; // Hier die Textur mit Daten fullen IntBuffer intBuffer = IntBuffer.wrap(texture); gl.glBindTexture(GL2.GL_TEXTURE_2D, textureId); gl.glTexSubImage2D(GL2.GL_TEXTURE_2D, 0, 0, 0, 256, 256, GL2.GL_RGBA, GL2.GL_UNSIGNED_BYTE, intBuffer); Texel in die Textur schreiben: public void setTexel(int x, int y, int r, int g, int b, int a) { texture[x + (y 8)] = ((a 0x000000ff) 24) | ((b 0x000000ff) 16) | ((g 0x000000ff) 8) | ((r 0x000000ff)); } Johannes Diemke OpenGL mit Java WiSe 2012 / 2013 10/21
  12. 12. Prozedurale Texturen Beispiel: Textur im Primarspeicher generieren (Forts.) Sinusplasma: for(int y=0; y 256; y++) for(int x=0; x 256; x++) { int value = (int)((Math.sin(2*Math.PI/256*x*xPeriods) + Math.sin(2*Math.PI/256*y*yPeriods) + 2) / 4 * 255); setTexel(x, y, value, value, value, 255); } Johannes Diemke OpenGL mit Java WiSe 2012 / 2013 11/21
  13. 13. Prozedurale Texturen Perlin Noise Wurde 1983 von Ken Perlin wahrend seiner Arbeit an TRON entwickelt I Primarspeicher war zu klein fur Texturen I Objekte sahen zu sauber aus I Idee: Modulation mit Rauschfunktion noise : Rn ! R (Quelle: http://www.noisemachine.com/talk1/) Johannes Diemke OpenGL mit Java WiSe 2012 / 2013 12/21
  14. 14. Prozedurale Texturen Beispiel: Perlin Noise in TRON Legacy Isosurface eines Perlin Noise Volumens unter Verwendung des Marching Cubes Algorithmus (Quelle: http://jtnimoy.net/?q=178) Johannes Diemke OpenGL mit Java WiSe 2012 / 2013 13/21
  15. 15. Prozedurale Texturen Perlin Noise (Forts.) Fraktionale Brownsche Bewegung: fBm(p) = noise(p) + 12 noise(2p) + 1 4 noise(4p) : : : Turbulenz: turbulence(p) = jnoise(p)j + 12 jnoise(2p)j + 14 jnoise(4p)j : : : Marmor: marble(p) = sin(p:x + turbulence(p)) (Quelle: http://www.noisemachine.com/talk1/) Johannes Diemke OpenGL mit Java WiSe 2012 / 2013 14/21
  16. 16. Prozedurale Texturen Beispiel: Solid Texturing im Fragment-Shader vec4 colorize(vec4 color1, vec4 color2, float value) { return value * color2 + (1-value)* color1; } vec4 marble2(vec3 pos) { float intensity = dot(normalize(gl_LightSource[0].position.xyz), normalize(eyeSpaceNormal)); float fBm = abs(snoise(pos*2)) + abs(snoise(pos*4))*1/2 + abs(snoise(pos*8))*1/4 + abs(snoise(pos*16))*1/8; float marble = (1+sin(pos.x*10+fBm*3.2))/2; return colorize(vec4(0.2,0.0,0.1,1.0), vec4(1.0,1.0,1.0,1), marble) * (intensity*0.7 + 0.3); } void main() { gl_FragColor = marble2(pos); } Johannes Diemke OpenGL mit Java WiSe 2012 / 2013 15/21
  17. 17. Prozedurale Texturen Beispiel: Solid Texturing im Fragment-Shader (Forts.) Johannes Diemke OpenGL mit Java WiSe 2012 / 2013 16/21
  18. 18. Prozedurale Texturen XPTS eXtensible Procedural Texturing System Graphbasierter Editor zur Erzeugung prozeduraler Texturen im Primarspeicher Implementiert gangige Algorithmen Erweiterbarkeit durch Plugins Integrierte Plugin IDE Speicherung von Texturen in XML-Dialekt oder Binarformat Johannes Diemke OpenGL mit Java WiSe 2012 / 2013 17/21
  19. 19. Prozedurale Texturen XPTS GUI Johannes Diemke OpenGL mit Java WiSe 2012 / 2013 18/21
  20. 20. Prozedurale Texturen XPTS Texturen Johannes Diemke OpenGL mit Java WiSe 2012 / 2013 19/21
  21. 21. Prozedurale Texturen XPTS Texturen (Forts.) Johannes Diemke OpenGL mit Java WiSe 2012 / 2013 20/21
  22. 22. Literatur Dave Shreiner OpenGL Programming Guide http://www.opengl-redbook.com/ Richard S. Wright, Benjamin Lipchak und Nicholas Haemel OpenGL SuperBibel http://www.starstonesoftware.com/OpenGL/ Randi J. Rost OpenGL Shading Language http://www.3dshaders.com/ Tomas Akenine-Moller, Eric Haines und Naty Homan Real-Time Rendering http://www.realtimerendering.com/ Johannes Diemke OpenGL mit Java WiSe 2012 / 2013 21/21

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