Prozedurale Texturen

C A R LV O N

O S S I E T Z K Y

Prozedurale Texturen

Johannes Diemke

Ubung im Modul OpenGL mit JavaWintersemester 2012/2013

Ruckblick

Traditionelles Texture Mapping

Graphische Primitive werden mit Bildern versehen

Verlagerung von Details in Texturen

I Vereinfachung geometrischer ModelleI Darstellung komplizierter Oberflachen durch Photographien und

Bilder

Nachteile

Hoher Speicherbedarf

Kompliziertes Mapping

Photographien beinhalten bereits Beleuchtung

Johannes Diemke OpenGL mit Java WiSe 2012 / 2013 2/21

Ruckblick

Wieso ist das ein Problem?Inhalt von 3D Programmen setzt sich zusammen aus

I MeshesI AnimationenI Texturen

Texturen nehmen ublicherweise den großten Anteil am benotigtenSpeicherbedarf ein

Was kann man machen?

JPG Komprimierung (Faktor 10 bis 20, verlustbehaftet)

Prozedural generierte Texturen (sehr viel hoher, verlustfrei)


Prozedurale Techniken

AllgemeinVerwendung von deterministischen Algorithmen zur Generierung vonProgramminhalten

I ObjekteI EigenschaftenI BewegungenI Musik

Vorteile

I Zeit- und platzsparende Generierung komplexer InhalteI Flexibilitat durch parametrische KontrolleI Detail on Demand


Prozedurale Techniken

Beispiel: Pixar’s BraveProzedural generierte Baume, Busche, Blumen etc.

”math as a brush/an artistic tool“

(Quelle: http://youtu.be/EnaA9ZRPXiE)


http://youtu.be/EnaA9ZRPXiE


Was sind prozedurale Texturen?

Durch Algorithmen generierte Texturen

I Im PrimarspeicherI Direkt im Fragment-Shader

Textur = Algorithmus + Parameter

Komplexe Texturen durch Kombination und Modifikationbestehender Texturen

I Texturen werden in einfachere Operationen unterteilt (divide andconquer)



Vorteile

Beliebige Auflosung (Detail on Demand)

Keine Komprimierungsartefakte (verlustfrei)

Geringer Speicherbedarf

Texturen konnen falls notwendig direkt”tileable“ erzeugt werden

Normal-Map Generierung



Verbinden mehrerer einfacher Standardfunktionen ...



... zu etwas Komplexerem



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));

}



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);

}



Perlin NoiseWurde 1983 von Ken Perlin wahrend seiner Arbeit an TRONentwickelt

I Primarspeicher war zu klein fur TexturenI Objekte sahen zu

”sauber“ aus

I Idee: Modulation mit Rauschfunktion noise : Rn → R

(Quelle: http://www.noisemachine.com/talk1/)


http://www.noisemachine.com/talk1/


Beispiel: Perlin Noise in TRON LegacyIsosurface eines Perlin Noise Volumens unter Verwendung desMarching Cubes Algorithmus

(Quelle: http://jtnimoy.net/?q=178)


http://jtnimoy.net/?q=178


Perlin Noise (Forts.)

Fraktionale Brownsche Bewegung:fBm(p) = noise(p) + 1

2noise(2p) + 14noise(4p) . . .

Turbulenz:turbulence(p) = |noise(p)| + 1

2 |noise(2p)| + 14 |noise(4p)| . . .

Marmor:marble(p) = sin(p.x + turbulence(p))

(Quelle: http://www.noisemachine.com/talk1/)Johannes Diemke OpenGL mit Java WiSe 2012 / 2013 14/21

http://www.noisemachine.com/talk1/


Beispiel: Solid Texturing im Fragment-Shadervec4 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);

}



Beispiel: Solid Texturing im Fragment-Shader (Forts.)



XPTS

eXtensible Procedural Texturing System

Graphbasierter Editor zur Erzeugung prozeduraler Texturen imPrimarspeicher

Implementiert gangige Algorithmen

Erweiterbarkeit durch Plugins

Integrierte Plugin IDE

Speicherung von Texturen in XML-Dialekt oder Binarformat



XPTS GUI



XPTS Texturen



XPTS Texturen (Forts.)


Literatur

� Dave ShreinerOpenGL Programming Guidehttp://www.opengl-redbook.com/

� Richard S. Wright, Benjamin Lipchak und Nicholas HaemelOpenGL SuperBibelhttp://www.starstonesoftware.com/OpenGL/

� Randi J. RostOpenGL Shading Languagehttp://www.3dshaders.com/

� Tomas Akenine-Moller, Eric Haines und Naty HoffmanReal-Time Renderinghttp://www.realtimerendering.com/


http://www.opengl-redbook.com/

http://www.starstonesoftware.com/OpenGL/

http://www.3dshaders.com/

http://www.realtimerendering.com/

Prozedurale Texturen

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