Shadery. Zaawansowane programowanie w GLSL

• Druk: Warszawa, 2015
• Autor: Karol Sobiesiak, Piotr Sydow
• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe PWN

Programowanie procesorów graficznych (GPU) staje się coraz popularniejsze. Dzieje się tak przede wszystkim z powodu dynamicznie rozwijającego się rynku gier i zapotrzebowania na deweloperów w tej dziedzinie, ale również z powodu wysokich możliwości obliczeniowych dostarczanych przez te układy. Shadery (programy wykonywane przez GPU) w przeciągu kilku ostatnich lat znacząco się rozwinęły. Aktualnie w OpenGL 4.5 dostępnych jest ich sześć, co jest znacznym wzrostem w stosunku do dwóch, w nadal wszechobecnym, choć archaicznym już OpenGL 2.1. Są one wykorzystywane głównie do zadań związanych z odwzorowywaniem fizycznych własności świata w celu wyświetlania realistycznej grafiki trójwymiarowej, ale także coraz częściej do rozwiązywania bardziej ogólnych problemów natury matematycznej i algorytmicznej. Książka ta zawiera wyczerpujący opis języka programowania shaderów GLSL w wersji 4.50. Stanowi ona niezbędnik dla każdego kto zamierza szybko odnaleźć się w nowoczesnej grafice trójwymiarowej.
Dowiesz się · Czym są shadery · Jak wygląda architektura współczesnego GPU i jakie ma ona znaczenie od strony programistycznej · Jak programować potok renderujący · Na czym polega i jak działa teselacja · Czym jest i jak programuje się shader obliczeniowy (ang. compute shader)
Powinieneś znać · API OpenGL w stopniu przynajmniej podstawowym · Matematyczne podstawy grafiki trójwymiarowej

• Kategorie:
  1. Ebooki i Audiobooki »
  2. Ebooki »
  3. Ebooki popularnonaukowe i specjalistyczne »
  4. Informatyka
• Język wydania: polski
• ISBN: 978-83-01-18397-4
• ISBN druku: 978-83-01-18199-4
• Liczba stron: 344

Rozdział 1. Wstęp       9

1.1. Do kogo jest skierowana ta książka?    10
1.2. Przydatne narzędzia       11

Rozdział 2. Zrozumieć GPU           13

2.1. Co to jest Shader?       13
2.2. Architektura GPU      14
2.2.1. GPU versus CPU         15
2.2.2. Jednostki wykonawcze GPU      16
2.2.3. Przełączanie kontekstu i unikanie opóźnień   19
2.2.4. Przetwarzanie rozgałęzień         20
2.2.5. Model pamięci           22

Rozdział 3. Potok renderujący OpenGL       29

3.1. Najważniejsze etapy potoku grafi cznego        29
3.1.1. Przetwarzanie geometrii     29
3.1.2. Rasteryzacja       30
3.1.3. Przetwarzanie fragmentów         31
3.1.4. Postprocess fragmentów        32
3.2. Wprowadzenie do programowalnego potoku    32
3.2.1. Shader wierzchołków          33
3.2.2. Teselacja         34
3.2.3. Shader geometrii         37
3.2.4. Shader fragmentów     38
3.3. Kompilacja       39
3.3.1. Proces kompilacji, wiązania i linkowania        39
3.3.2. Wielokrotne wiązanie shaderów tego samego typu   42
3.3.3. Rozłączne programy       43
3.3.4. Status kompilacji         46

Rozdział 4. Podstawy programowania         49

4.1. Język programowania shaderów GLSL     49
4.2. Profile        50
4.3. Interpretacja schematów konstrukcji programistycznych     51
4.4. Nazwy identyfi katorów obiektów        52
4.5. Preprocesor          52
4.5.1. Kontrola wersji shadera (#version)         53
4.5.2. Defi niowanie symboli oraz makrodefi nicji (#defi ne, #undef) 54
4.5.3. Kontrola warunkowej kompilacji (#if, #ifdef, #ifndef, #elif, #else, #endif)         58
4.5.4. Wspomaganie warunkowej kompilacji (#error)  59
4.5.5. Wspomaganie diagnostyki kodu źródłowego (#line)       59
4.5.6. Sterowanie działaniem kompilatora (#pragma)     60
4.5.7. Zarządzanie zestawem rozszerzeń języka GLSL (#extension)      61
4.6. Typy danych           64
4.6.1. Bazowe typy numeryczne – skalary      65
4.6.2. Pochodne typy numeryczne – wektory    70
4.6.3. Pochodne typy numeryczne – macierze     76
4.6.4. Typy uchwytów        83
4.6.5. Typ subroutine        83
4.6.6. Struktury      84
4.6.7. Tablice        86
4.7. Zmienne            92
4.7.1. Zmienne wewnętrzne          93
4.7.2. Zmienne interfejsu       94
4.7.3. Blok interfejsu        96
4.7.4. Deklaracja obiektów użytkownika w modułach shadera     98
4.8. Zakres zmiennych       99
4.9. Operatory          101
4.10. Instrukcje kontroli przepływu     102
4.11. Funkcje            104
4.11.1. Deklaracja funkcji       105
4.11.2. Definicja funkcji      106
4.11.3. Przeładowywanie funkcji      106
4.11.4. Parametry funkcji i wartości zwracane        107

Rozdział 5. Dane         112

5.1. Generyczny magazyn danych (obiekt bufora)     113
5.1.1. Tworzenie buforów       114
5.1.2. Wiązanie buforów      114
5.1.3. Zarządzanie stanem obiektów buforowych      117
5.1.4. Swobodny dostęp do danych bufora    122
5.1.5. Kopiowanie buforów          124
5.1.6. Odczytywanie zawartości buforów      124
5.1.7. Usuwanie buforów       125
5.2. Zmienne oraz bloki uniform       125
5.2.1. Domyślny blok uniform        126
5.2.2. Nazwany blok uniform          133
5.3. Zmienne oraz bloki buffer      147
5.3.1. Blok buforowy        148
5.3.2. Kontrola dostępu do pamięci     151
5.3.3. Operacje atomowe na zmiennych buforowych     155
5.3.4. Organizacja danych w bloku    157
5.3.5. Własności stanu zmiennych oraz bloków buforowych      158
5.3.6. Pozyskiwanie lokacji zmiennych buforowych oraz aktualizacja danych 	159
5.3.7. Wiązanie bloku buforowego    159
5.4. Sformatowany magazyn danych (obiekt tekstury)   160
5.4.1. Reprezentacja tekstur w OpenGL         161
5.4.2. Struktura magazynu danych       161
5.4.3. Tworzenie oraz usuwanie tekstur         164
5.4.4. Wiązanie tekstur         165
5.4.5. Alokacja oraz aktualizacja magazynu danych dla tekstur  169
5.4.6. Tekstura buforowa       171
5.5. Tekstury w shaderach        173
5.5.1. Mechanizm teksturowania       174
5.5.2. Zmienne sampler         177
5.5.3. Podstawowa metoda dostępu do złożonych typów tekstur   181
5.5.4. Funkcje wbudowane odpytywania tekstur   189
5.5.5. Zaawansowane funkcje wbudowane dostępu do danych tekstury  190
5.6. Obrazy w shaderach           196
5.6.1. Zmienne image           197
5.6.2. Podstawowe operacje na obrazie         202
5.6.3. Operacje atomowe na obrazie        204
5.7. Liczniki atomowe           207
5.7.1. Tworzenie liczników          207
5.7.2. Własności stanu liczników atomowych     208
5.7.3. Wiązanie buforów z licznikami     208
5.7.4. Operacje atomowe       209
5.8. Dodatkowe metody synchronizacji w dostępie do danych   210
5.8.1. Synchronizacja dostępu w shaderach    210
5.8.2. Synchronizacja dostępu w API     212

Rozdział 6. Programowanie potoku renderującego   213

6.1. Przykładowy program zawierający wszystkie podstawowe shadery   213
6.2. Ogólny obraz komunikacji międzyetapowej       218
6.3. Przekazywanie danych w potoku         220
6.3.1. Atrybuty shadera wierzchołków        221
6.3.2. Interfejsy in/out między etapami         223
6.3.3. Lokacje przy przekazywaniu danych między shaderami     228
6.3.4. Pełne a częściowe dopasowanie         230
6.3.5. Komponenty w lokacjach      231
6.3.6. Sposoby interpolacji przy przekazywaniu danych do shadera fragmentów          232
6.3.7. Wbudowany blok gl_PerVertex       236
6.4. Przebieg i własności teselacji     241
6.4.1. Deklaracja płatu i jego przekształcenie na właściwy prymityw poddawany teselacji          242
6.4.2. Stopnie teselacji         243
6.4.3. Opcje rozstawu         245
6.4.4. Teselacja trójkąta      246
6.4.5. Teselacja czworokąta     250
6.4.6. Teselacja izolinii         252
6.5. Programowanie shadera wierzchołków        253
6.5.1. Optymalizacja liczby wywołań     254
6.5.2. Zmienne wbudowane     255
6.6. Programowanie shadera kontroli teselacji      256
6.6.1. Przepływ danych i deklaracja liczby wywołań    257
6.6.2. Współbieżny dostęp do danych wyjściowych       259
6.6.3. Zmienne wbudowane     261
6.7. Programowanie shadera ewaluacji teselacji       261
6.7.1. Przepływ danych         262
6.7.2. Konfi guracja prymitywów za pomocą wejściowego kwalifi katora layout      263
6.7.3. Zmienne wbudowane     264
6.8. Programowanie shadera geometrii       264
6.8.1. Interfejs wejścia i deklaracja liczby wywołań shadera      265
6.8.2. Interfejs wyjścia – deklaracja prymitywu i emisja wierzchołków    266
6.8.3. Dedykowane prymitywy przylegające    269
6.8.4. Zmienne wbudowane     272
6.9. Programowanie shadera fragmentów     272
6.9.1. Renderowanie do bufora ramki        273
6.9.2. Odrzucanie fragmentów         274
6.9.3. Modyfikacja współrzędnych fragmentów        275
6.9.4. Wczesny test fragmentów i modyfi kacja buforu głębokości   275
6.9.5. Funkcje wbudowane i wywołania wspomagające   278
6.9.6. Zmienne wbudowane     282

Rozdział 7. Mechanizmy uzupełniające       284

7.1. Renderowanie do tekstur      284
7.1.1. Przygotowanie aplikacji        284
7.1.2. Renderowanie do wielu tekstur jako osobnych załączników koloru   286
7.1.3. Renderowanie do tekstur złożonych z wykorzystaniem shadera geometrii      289
7.2. Mechanizm Shader Subroutine        291
7.2.1. Funkcje wywoływane statycznie i dynamicznie    292
7.2.2. Elementy składniowe mechanizmu      294
7.2.3. Przykładowa implementacja       297
7.2.4. Konfigurowanie powiązań zmiennych z funkcjami subroutine      299

Rozdział 8. Shader obliczeniowy          303

8.1. Wprowadzenie         303
8.1.1. Kompilacja i użycie shadera obliczeniowego      304
8.2. Wywołania shadera obliczeniowego i grupy wykonawcze   305
8.2.1. Identyfikacja wywołania        306
8.2.2. Ograniczenia liczby wywołań    307
8.3. Charakterystyka przetwarzania        308
8.3.1. Przetwarzanie lokalnych grup roboczych        308
8.3.2. Pamięć współdzielona – kwalifikator shared    309
8.3.3. Synchronizacja        310

Dodatek            313

Dodatek A        313
Dodatek B        314
Dodatek C         315
Dodatek D         317
Dodatek E        326
Dodatek F        335

Słownik pojęć         341
Bibliografia           343