State leggendo un "Percorso Web" di Lithium.it. I percorsi Web rappresentano un nuovo tipo di contenuto che va a completare, nell'ambito della Lithium's Directory, le informazioni fornite dalla recensione dei siti tecnologici.

I percorsi sono in pratica delle rassegne web tematiche che si prefiggono l'obbiettivo di raccogliere in un contenitore dinamico una selezione commentata dei contenuti web che parlano di un determinato argomento. Le risorse vengono organizzate in un "percorso" di lettura commentato e guidato, suddiviso in aree all'interno delle quali vengono proposte prima le risorse di più facile accessibilità per procedere poi con i link di maggiore difficoltà e contenuto tecnico.

Abbiamo detto che il "percorso web" è un contenitore dinamico, questo perchè sia la forma che il "contenuto" saranno nel tempo soggetti ad un continuo lavoro di aggiornamento ed evoluzione al fine di creare uno strumento efficace ed efficiente di informazione sulle tecnologie.
Per rimanere informati sui nuovi Percorsi Web o sugli aggiornamenti iscivetevi alla Newsletter.

VI ESORTIAMO A SEGNALARCI RISORSE WEB INTERESSANTI PER INTEGRARE I PERCORSI WEB PUBBLICATI O UTILI PER CREARNE DI NUOVI, SCRIVENDO A: SONNATI@LITHIUM.IT

1. Introduzione alla Computer Graphic 3D

1.1. Prefazione

Questo sarà sicuramente uno dei più aggiornati Percorsi Web perchè tratta un argomento di enormi proporzioni ed in continua evoluzione. Inoltre traendo informazioni dalle risorse qui elencate si svilupperà il KnowledgeBase di Lithium sulla Grafica 3D e l'accelerazione Hardware.

L'argomento è molto ampio ed annovera decine di sotto specializzazioni. Per fornire uno strumento utile è quindi necessario procedere ad una migliore definizione di intenti. Il percorso si pone l'obbiettivo di catalogare risorse web che "spiegano" i principi della grafica 3D e della moderna accelerazione hardware. Passeranno quindi in secondo alcuni argomenti che in generale non hanno (ancora) a che fare con il real time rendering (es: ray-tracing e global-illumination).

Purtroppo la maggior parte del materiale trovato è in lingua inglese e tratta molto spesso un solo argomento specifico. E' per questa carenza di materiale di qualità in lingua italiana che abbiamo deciso di iniziare al più presto una serie di articoli approfonditi sui principi della grafica 3D.

Nel corso dell'articolo parleremo spesso usando termini tecnici quindi a supporto della lettura vi consigliamo i seguenti glossari:

-http://www.3ditalia.com/tecnica/termini3d/a.asp Ottimo glossario 3D in lingua Italiana presente sul sito 3DItalia.

-http://www.geocities.com/ResearchTriangle/Lab/1767/pol.html Glossario in lingua inglese, interessante perchè approfondisce alcuni argomenti con esempi algoritmici.

Per chi non lo avesse già fatto, consigliamo anche di leggere il nostro Dossier sulle schede 3D della 5° generazione: http://www.lithium.it/articolo.asp?code=22


1.2. La Pipeline di rendering

Alla base di tutta l'elaborazione grafica 3D vi è la "pipeline di rendering" ossia l'insieme di operazioni e stadi di elaborazione che uno dopo l'altro concorrono alla creazione dell'immagine finale e/o dell'animazione. In realtà non esiste un metodo unico per portare a termine il compito ma tipicamente ci sono delle funzioni imprescindibili comuni a tutte le filosofie di rendering.

Una prima classificazione delle "filosofie" di rendering impone una divisione tra tecniche di tipo scan-line e tecniche di tipo ray-tracing. La prima pone l'accento sul triangolo, primitiva fondamentale, che viene elaborato, trasformato, proiettato e quindi renderizzato sullo schermo. La secondo invece pone l'accento sul "raggio di luce" ossia ricostruisce la scena seguendo a ritroso (partendo cioè dall'occhio dell'osservatore verso gli oggetti e da li verso le luci) il cammino dei raggi di luce che illuminano la scena. Il Ray-tracing ha molti pregi ma è molto difficile ed oneroso da integrare in un chip 3D per l'accelerazione Hardware quindi principalmente parleremo delle tecniche di tipo scan-line.

Non ci sono molti articoli on-line che analizzano la pipe-line in modo comprensibile ed accessibile. ExtremeTech ha però sicuramente centrato l'obbiettivo con una serie di 3 articoli che introducono la Pipeline di rendering 3D per poi approfondirne diversi aspetti:

3D Pipeline, parte 1:
-http://www.extremetech.com/article/0,3396,s%253D1017%2526a.asp
3D Pipeline, parte 2:
-http://www.extremetech.com/article/0,3396,s%253D1017%2526a.asp
3D Pipeline, parte 3:
-http://www.extremetech.com/article/0,3396,s%253D1017%2526a.asp

Eccellente anche questa serie di note sulla pipeline di rendering Open-GL: -http://www.opengl.org/developers/code/sig99/advanced99/

Una semplice introduzione al 3D la troviamo anche sul sito Intel:
-http://developer.intel.com/technology/3d/docs/index.htm

1.3. Operazioni di manipolazione geometrica (Transform)

La prima operazione da compiere è quella di manipolazione geometrica. In primo luogo è opportuno scegliere un adeguato sistema di coordinate e riferire ad esso la geometria. In realtà i sistemi di riferimento sono molti: l'Object Space è il sistema di riferimento in base al quale viene descritta la geometria del singolo oggetto, il World Space è invece il sistema di riferimento in cui vengono inseriti gli oggetti per formare la scena, Il Viewer Space è il riferimento centrato nel punto di vista dell'osservatore, lo Screen Space è lo spazio 2D del monitor e così via...Le trasformazioni geometriche servono in pratica ad animare i modelli e a trasformare i triangoli da uno spazio ad un'altro.

Su Flipcode trovate un'introduzione ai principi delle geometria analitica e i suoi utilizzi in CG: http://www.flipcode.com/geometry/

Questi altri due link spiegano come OpenGL tratta le geometrie in termini di formati, spazi di riferimento, trasformazioni e proiezioni:

-http://www.opengl.org/developers/code/sig99/advanced99/

-http://ask.ii.uib.no/ebt-bin/nph-dweb/dynaweb/SGI_Developer/

Vi segnaliamo ovviamente anche due articoli apparsi su Lithium che spiegano le operazioni di Trasform&Lighting con particolare riferimento alle schede 3D dell'ultima generazione:
-http://www.lithium.it/articolo.asp?code=37

1.4. Tecniche di Shading

Una volta proiettati i triangoli sullo schermo è giunto il momento di "colorarli". La fase di shading si compone di vari passi i due più importanti sono il Texture Mapping nel quale si applica una immagine al triangolo che ne descrive il materiale e l'illuminazione (da notare che stiamo volutamente semplificando lo scenario).

Una introduzione allo shading in lingua italiana la trovate su nVItalia.com:
-http://www.nvitalia.com/articoli/glossario_3d/glossario_1_intro.htm -http://www.nvitalia.com/articoli/glossario_3d/glossario_2_intro.htm

Così come nei link precedentemente citati.

1.5. Il Texture Mapping

Il Texture Mapping riveste un ruolo fondamentale nella corsa al fotorealismo. Senza texture mapping la grafica risulta vuota e irrealistica. Il princio del Texture Mapping è poi alla base di tutta una serie di effetti come il Bump Mapping, il reflaction Mapping, le light map, le shadow map, nei quali la texture è usata per applicare "proprietà" alla superficie e non banalmente colore.

Qui vengono spiegate le basi del Perspective Correct Texture Mapping:
-http://www.d6.com/users/checker/misctech.htm

Ancora sulle Texture e sulla loro compressione.
-http://www.beyond3d.com//articles/texturing/index1.php
-http://www.reactorcritical.com/compare-compression/compare-
compression.shtml

Cenni alle Texture 3D:
-http://www.nvitalia.com/articoli/textures_3d_file/textures_3d_0.htm

1.6. L'Anti-Aliasing

L'Anti-aliasing è quell'insieme di tecniche che permette la riduzione delle scalettature nelle immagini 3D. Premesso che una immagine ad altissima risoluzione non avrebbe scalettature visibili dall'occhio umano, le normali risoluzioni dei monitor producono un antiestetico effetto ai bordi dei triangoli. Per eliminarlo è necessario attivare una procedura più o meno onerosa. Il principio base è quello del sovra campionamento.

Questo articolo di nVItalia spiega i concetti base dell' Antialiasing:
-http://www.nvitalia.com/articoli/glossario_3d/glossario_3_intro.htm

 

2. Argomenti avanzati

2.1. Superfici curve

Le gestione delle superfici curve è certamente un argomento avanzato che solo di recente è entrato a far parte delle features accelerabili in hardware tramite chip 3D di livello consumer.

Per prima cosa nel nostro KnowledgeBase è presente un bell'articolo dedicato all'argomento: http://www.lithium.it/articolo.asp?code=39

Se non bastasse vi segnaliamo questi altri due articoli introduttivi:
-http://www.flipcode.com/tpractice/issue03.shtml
-http://www.flipcode.com/tpractice/issue04.shtml

Anche il Subdivision Surface può servire a gestire superfici curve:
-http://www.multires.caltech.edu/teaching/courses/subdivision/

2.2. Anisotropic Filtering

Nei mesi che verranno l'Anisotropic Filtering assumerà un ruolo sempre più importante, di fatti si tratta di uno schema di filtraggio che permette di migliorare notevolmente la resa delle texture che sono disposte orizzontalmente (o quasi) rispetto all'osservatore. L'accoppiata dell'Anisotropic con tecniche di AntiAliasing di tipo adattivo (che funzionano solo sui bordi) rappresenta attualmente la soluzione che garantisce la migliore resa complessiva.

Qui vengono spiegati i principi dell'Anisotropic Filtering
-http://home.swipnet.se/~w-12597/3dxtc/articles/anisotropic.htm

Qui invece dell'accoppiata AA + Anisotropic, con esempi concreti:
-http://www.nvnews.net/previews/geforce3/anisotropic.shtml

2.3. Tile Based Rendering - HSR - Occlusion Culling

Per risolvere il problema delle superfici nascoste sono state definite diverse tecniche tra cui il il TBR e l'Occlusion Culling.

Qui su Lithium.it abbiamo già parlato approfonditamente di questo argomento in questo articolo:
http://www.lithium.it/articolo.asp?code=40

Qui invece trovate un completo articolo di AcesHardware che spiega come funziona il TBR delle schede Kyro:
-http://www.aceshardware.com/read.jsp?id=10000160

E Qui si parla di Occlusion Culling:
-http://www.nvnews.net/previews/geforce3/occlusion_culling.shtml

3. Accelerazione Hardware

Fino ad adesso abbiamo tentato di trattare solo la teoria e non le implementazioni hardware specifiche ma adesso possiamo rivolgere l'attenzione alle moderne schede 3D e ripassare un pò gli ultimi 7 anni di storia dell' accelerazione hardware di tipo consumer: http://accelenation.com/?doc=123&page=1

Qui trovate invece delle tabelle riepilogative delle caratteristiche tecniche di chip vecchi e nuovi:

-http://www.3ditalia.com/chipgrafici/chipgrafici.asp
-http://www.reactorcritical.com/chips.shtml

Per concludere non possiamo che consigliarvi la lettura del nostro Dossier sulle schede video 3D della 5° generazione che analizza quali funzioni vengono accelerate dalle moderne schede 3D:
http://www.lithium.it/articolo.asp?code=22&pag=1

3. Altre risorse e curiosità

In conclusione, per gli amanti dei dettagli implementativi, vi consigliamo un articolo che spiega tutte le innovazioni introdotte a suo tempo dal motore di Quake: -http://www.bluesnews.com/abrash/

Quanti FPS riesce a vedere l'occhio? e che vantaggio si ha ad avere un FPS molto alto ? Queste sono le tipiche domande a cui poi non è così facile rispondere. In questo articolo si tenta di farlo:
-http://www.penstarsys.com/editor/30v60/30v60p1.htm

 

a cura della redazione.