4. Software Renderer

Software Renderer

  • V

    Hier gibts auch ein Tut:
    http://www.devmaster.net/articles/software-rendering/part1.php

    Allerdings verzichten die auf einen Z-Buffer, was nicht so toll ist, und rendern Objekte von hinten nach vorne.

    Bzw. bei einfachen Objekten wie einem Würfel braucht man keinen z-Buffer (allgemeiner: bei Objekten die konvex sind ist kein z-Buffer nötig), weil die Flächen, die nicht gezeichnet werden sollen eh gecullt werden - aber das nur am Rande - das fällt dir dann auf, wenn du deinen Z-Buffer mit einem Würfel testest 😉 hehe

    0
  • V

    BTW: http://tech.groups.yahoo.com/group/Software-Rendering/

    jaja... das Thema fasziniert mich halt 😉

    0
  • T

    Vertexwahn schrieb:

    Hab aufgehört daran zu arbeiten, weil mir dann klar war wie Gourad Shading, Phong Shading, TextureMapping usw. funktioniert bzw. die Fixed Pipeline

    Das is es mir auch alles - und ich hab nie nen Software Rasterizer geschrieben. 😉
    Also wenn man "nur" die Pipeline und Techniken verstehen will, bringt einem IMHO das Schreiben eines Software Rasterizers garnix. Man hält sich nur zulange mit für das Gesamtverständnis unwichtigen, frickeligen Details auf. Wenn man es wegen der Sache selber tun will, ok.

    0
  • R

    Computergrafik | ISBN: 3826609085

    Das Buch kann ich dir nur empfehlen. Das letzte mal als ich es einem Freund empfohlen habe, war es gerade im Ausverkauf bei Amazon für 10€ zu haben, also ein Preis den man nicht bereuen wird.

    0
  • R
    Mod

    Vertexwahn schrieb:

    Hab aufgehört daran zu arbeiten, weil mir dann klar war wie Gourad Shading, Phong Shading, TextureMapping usw. funktioniert bzw. die Fixed Pipeline

    [/quote]
    du weisst doch nun selbst, dass die theorie zu wissen nie die erfahrung der praxis ersetzen kann 😉

    btw scheint mir dein Hodgman-Sutherland nur 2d zu sein 😉

    ich schreib auch zwei bis drei rasterizer pro jahr :), macht soviel spass wie raytracer :).

    ist dein rasterizer immer wasserdicht und subpixel/texel genau? 😃

    0
  • T

    rapso schrieb:

    btw scheint mir dein Hodgman-Sutherland nur 2d zu sein 😉

    Clipping findet ja auch im Zweidimensionalen statt, nach der Projektion.

    0
  • R
    Mod

    TomasRiker schrieb:

    rapso schrieb:

    btw scheint mir dein Hodgman-Sutherland nur 2d zu sein 😉

    Clipping findet ja auch im Zweidimensionalen statt, nach der Projektion.

    nein, clipping findet im post-projective-space vor der projektion (also vorm divide) statt, ansonsten haettest du z waerte (edit: bzw w) die 0 oder <0 sind (jetzt auf einen positiven z-buffer bezogen), was zu extremen fehlern fuehren wuerde.

    0
  • T

    OK, stimmt, kommt auch drauf an was man unter der Projektion versteht.
    "Nach der Transformation durch die Projektionsmatrix" (im Clip Space ;))

    Das sind natürlich dann noch dreidimensionale Koordinaten.

    0
  • R
    Mod

    TomasRiker schrieb:

    OK, stimmt, kommt auch drauf an was man unter der Projektion versteht.
    "Nach der Transformation durch die Projektionsmatrix" (im Clip Space ;))

    egal was man darunter versteht, es bleibt clipping mit 3d-coordinaten, er hat in seinem paper leider nur 2d beschrieben.

    0
  • X

    Mein Weg vom Vertex zur Fensterkoordinate sieht nun so aus:

    void Renderer::TransformVertex(int* dst_x, int* dst_y, Vector4* src_vertex) {

	// http://www.opengl.org/resources/faq/technical/transformations.htm

	// Get clip coords
	Vector4 eyeCoords = (*src_vertex) * this->worldMatrix;
	Vector4 clipCoords = eyeCoords * this->projectionMatrix;

	// Get normalized device coordinates
	clipCoords.x /= clipCoords.w;
	clipCoords.y /= clipCoords.w;
	clipCoords.z /= clipCoords.w;

	// Get window coordinates
	*dst_x = (int)((clipCoords.x + 1.0f) * (this->viewportWidth / 2.0f) + this->viewportLeft);
	*dst_y = (int)((clipCoords.y + 1.0f) * (this->viewportHeight / 2.0f) + this->viewportBottom);
}

    Stimmt das vom Prinzip her? Weil ich glaube, dass meine Ausgabe falsch ist. Aus den Vertizes (-100 | 0 | 20) und (100 | 0 | 20) werden die Bildschirmkoordinaten (320 | 240) und (319 | 240). Der rechtere der beiden Vertizes ist am Ende der linke Pixel, da stimmt ja irgendwas nich...

    Wenn ich bei einem Vertex die y-Koordinate kleiner mache, ist die y-Koordinate des Pixels größer. Also auch vertauscht... Bzw, 0|0 ist normalerweise die linkere untere Ecke, oder? Dann liegt hier das Problem mit den y-Werten, weil 0|0 bei mir oben links liegt, aber das ist ja schnell gefixt...

    Meine Projektionsmatrix erstelle ich wie D3DXMatrixPerspectiveFovLH:

    void Renderer::SetPerspectiveProjection(float fovY, float aspect, float zNear, float zFar) {

	float yScale = atan(fovY / 2.0f);
	float xScale = yScale / aspect;

	this->projectionMatrix.Zero();

	this->projectionMatrix._11 = xScale;
	this->projectionMatrix._22 = yScale;
	this->projectionMatrix._33 = zFar / (zFar - zNear);
	this->projectionMatrix._34 = 1.0f;
	this->projectionMatrix._43 = -zNear * zFar / (zFar - zNear);
}

    Meine Initialisierung sieht so aus:

    renderer.SetViewport(0, 0, 640, 480);
	renderer.SetPerspectiveProjection(1.3f, (float)640 / 480, 0.1f, 100.0f);

    Vielen Dank,
    Tim

    0
  • X

    ... oben geändert

    0
  • R
    Mod

    xindon schrieb:

    // Get window coordinates
	*dst_x = (int)((clipCoords.x + 1.0f) * (this->viewportWidth / 2.0f) + this->viewportLeft);
	*dst_y = (int)((clipCoords.y + 1.0f) * (this->viewportHeight / 2.0f) + this->viewportBottom);
}

    das glaub ich nicht Tim 😉
    *0.5+0.5f, dann sind die 0 bis 1 und dann * widht bzw height
    dein + * + kann ich nicht so recht nachvollziehen

    greets
    rapso

    0
  • X

    Ich hab das vom DGL Wiki: http://wiki.delphigl.com/index.php/GlViewport

    edit: Habs geändert, kommt exakt das selbe raus 🙂 Wenn dus ausmultiplizierst, siehstes 😉 Es ist letztendlich das selbe.

    Ich fass meine Fragen am besten nochmal zusammen 🙂 ... :

    1. Stimmt der Weg vom Vertex zum Pixel soweit (TransformVertex Methode)

    2. Ist der Bildschirmursprung unten links oder oben links?

    3. Setzen der Projektionsmatrix korrekt?

    Vielen Dank für Antworten 🙂

    0

  • http://www.amazon.com/Tricks-Programming-Gurus-Advanced-Graphics-Rasterization/dp/0672318350

    das buch ist auch ganz gut 😉

    0
  • V

    Hier mal mein Softwarerenderer aber in einer anderen Sprache:

    ; - Constants / Globals ------------------------------------
; Matrices
Const SR_MODELVIEW  = 1
Const SR_PROJECTION = 2

; Depthrange Far / Near
Global gDepthRange#[1]

; Viewport X, Y, Width, Height
Global gViewport[3]

; Matrices
Global gModelview.TMatrix
Global gProjection.TMatrix
Global gMatrixMode
Global gActMatrix.TMatrix

; Vertexpipeline
Global gObject.TVector
Global gEye.TVector
Global gClip.TVector
Global gDevice.TVector
Global gWindow.TVector

; Temp
Global gTmpVector.TVector
Global gTmpMatrix.TMatrix
Global gTmpMatrix2.TMatrix
; ----------------------------------------------------------

; - Functions ----------------------------------------------
Function srInit()
	gDepthRange[0] = 0.0
	gDepthRange[1] = 1.0

	gViewport[0] = 0
	gViewport[1] = 0
	gViewport[2] = GraphicsWidth()
	gViewport[3] = GraphicsHeight()

	gModelview  = New TMatrix
	gProjection = New TMatrix
	gMatrixMode = SR_MODELVIEW
	gActMatrix  = gModelview

	gObject = New TVector
	gEye    = New TVector
	gClip   = New TVector
	gDevice = New TVector
	gWindow = New TVector

	gTmpVector  = New TVector
	gTmpMatrix  = New TMatrix
	gTmpMatrix2 = New TMatrix
End Function

Function srDestroy()
	Delete gModelview
	Delete gProjection
	Delete gActMatrix

	Delete gObject
	Delete gEye
	Delete gClip
	Delete gDevice
	Delete gWindow

	Delete gTmpVector
	Delete gTmpMatrix
	Delete gTmpMatrix2
End Function

Function srDepthRange(Near#, Far#)
	If Near < 0.0 Then Near = 0.0
	If Near > 1.0 Then Near = 1.0
	gDepthRange[0] = Near

	If Far < 0.0 Then Far = 0.0
	If Far > 1.0 Then Far = 1.0
	gDepthRange[1] = Far
End Function

Function srViewport(X, Y, Width, Height)
	gViewport[0] = X
	gViewport[1] = X
	gViewport[2] = Width
	gViewport[3] = Height
End Function

Function srMatrixMode(Mode)
	Select Mode
		Case SR_MODELVIEW
			gActMatrix = gModelview

		Case SR_PROJECTION
			gActMatrix = gProjection

		Default
			RuntimeError("Matrix mode does not exist")
	End Select

	gMatrixMode = Mode
End Function

Function srLoadIdentity()
	MatrixIdentity(gActMatrix)
End Function

Function srRotate(Angle#, X#, Y#, Z#)
	MatrixRotate(gTmpMatrix2, Angle, X, Y, Z)
	MatrixMatrixMultiply(gTmpMatrix2, gActMatrix, gActMatrix)
End Function

Function srTranslate(X#, Y#, Z#)
	MatrixTranslate(gTmpMatrix2, X, Y, Z)
	MatrixMatrixMultiply(gTmpMatrix2, gActMatrix, gActMatrix)
End Function

Function srScale(X#, Y#, Z#)
	MatrixScale(gTmpMatrix2, X, Y, Z)
	MatrixMatrixMultiply(gTmpMatrix2, gActMatrix, gActMatrix)
End Function

Function srPerspective(Zoom#, Aspect#, Far#, Near#)
	MatrixPerspective(gTmpMatrix2, Zoom, Aspect, Far, Near)
	MatrixMatrixMultiply(gTmpMatrix2, gActMatrix, gActMatrix)
End Function

Function srDebugMatrix()
	MatrixDebug(gActMatrix)
End Function

Function srVertex(X#, Y#, Z#, W#=1.0)
	gObject\X = X
	gObject\Y = Y
	gObject\Z = Z
	gObject\W = W
	srVertexProcessor()
End Function

Function srDrawVertex()
	WritePixel(gWindow\X, gWindow\Y, $FFFFFF)
End Function

Function srVertexProcessor()
	Local OX, OY

	; Eye = M x Object
	MatrixVectorMultiply(gModelview, gObject, gEye)

	; Clip = P x Object
	MatrixVectorMultiply(gProjection, gEye, gClip)

	; Normalized Device Coords
	gDevice\X = gClip\X/gClip\W
	gDevice\Y = gClip\Y/gClip\W
	gDevice\Z = gClip\Z/gClip\W

	; Viewport transformation
	OX = gViewport[2]/2 + gViewport[0]
	OY = gViewport[3]/2 + gViewport[1]

	gWindow\X = (gViewport[2]/2.0)*gDevice\X + OX
	gWindow\Y = (gViewport[3]/2.0)*-gDevice\Y + OY
	gWindow\Z = ((gDepthRange[1] - gDepthRange[0])/2.0)*gDevice\Z + (gDepthRange[0] + gDepthRange[1])/2.0
End Function
; ----------------------------------------------------------

; - Math ---------------------------------------------------
Type TVector
	Field X#
	Field Y#
	Field Z#
	Field W#
End Type

Type TMatrix
	Field AA#, AB#, AC#, AD#
	Field BA#, BB#, BC#, BD#
	Field CA#, CB#, CC#, CD#
	Field DA#, DB#, DC#, DD#
End Type

Function MatrixIdentity(M.TMatrix)
	M\AA = 1.0 : M\AB = 0.0 : M\AC = 0.0  : M\AD = 0.0
	M\BA = 0.0 : M\BB = 1.0 : M\BC = 0.0  : M\BD = 0.0
	M\CA = 0.0 : M\CB = 0.0 : M\CC = 1.0  : M\CD = 0.0
	M\DA = 0.0 : M\DB = 0.0 : M\DC = 0.0  : M\DD = 1.0
End Function

Function MatrixRotate(M.TMatrix, Angle#, X#, Y#, Z#)
	Local C#, S#, RLength#

	C = Cos(Angle)
	S = Sin(Angle)

	; Normalize Vector
	RLength = 1.0/Sqr(X*X + Y*Y + Z*Z)
	X = X*RLength
	Y = Y*RLength
	Z = Z*RLength

	M\AA = X*X*(1.0 - C) + C
	M\AB = X*Y*(1.0 - C) - Z*S
	M\AC = X*Z*(1.0 - C) + Y*S
	M\AD = 0.0

	M\BA = Y*X*(1.0 - C) + Z*S
	M\BB = Y*Y*(1 - C) + C
	M\BC = Y*Z*(1.0 - C) - X*S
	M\BD = 0.0

	M\CA = X*Z*(1.0 - C) - Y*S
	M\CB = Y*Z*(1.0 - C) + X*S
	M\CC = Z*Z*(1.0 - C) + C
	M\CD = 0.0

	M\DA = 0.0
	M\DB = 0.0
	M\DC = 0.0
	M\DD = 1.0
End Function

Function MatrixTranslate(M.TMatrix, X#, Y#, Z#)
	M\AA = 1.0 : M\AB = 0.0 : M\AC = 0.0  : M\AD = X
	M\BA = 0.0 : M\BB = 1.0 : M\BC = 0.0  : M\BD = Y
	M\CA = 0.0 : M\CB = 0.0 : M\CC = 1.0  : M\CD = Z
	M\DA = 0.0 : M\DB = 0.0 : M\DC = 0.0  : M\DD = 1.0
End Function

Function MatrixScale(M.TMatrix, X#, Y#, Z#)
	M\AA = X   : M\AB = 0.0 : M\AC = 0.0  : M\AD = 0.0
	M\BA = 0.0 : M\BB = Y   : M\BC = 0.0  : M\BD = 0.0
	M\CA = 0.0 : M\CB = 0.0 : M\CC = Z    : M\CD = 0.0
	M\DA = 0.0 : M\DB = 0.0 : M\DC = 0.0  : M\DD = 1.0
End Function

Function MatrixPerspective(M.TMatrix, Zoom#, Aspect#, Near#, Far#)
	M\AA = Zoom/Aspect : M\AB = 0.0  : M\AC = 0.0                       : M\AD = 0.0
	M\BA = 0.0         : M\BB = Zoom : M\BC = 0.0                       : M\BD = 0.0
	M\CA = 0.0         : M\CB = 0.0  : M\CC = (Far + Near)/(Near - Far) : M\CD = (2.0*Far*Near) / (Near - Far)
	M\DA = 0.0         : M\DB = 0.0  : M\DC = -1.0                      : M\DD = 0.0
End Function

Function MatrixDebug(M.TMatrix)
	DebugLog M\AA + " " + M\AB + " " + M\AC + " " + M\AD
	DebugLog M\BA + " " + M\BB + " " + M\BC + " " + M\BD
	DebugLog M\CA + " " + M\CB + " " + M\CC + " " + M\CD
	DebugLog M\DA + " " + M\DB + " " + M\DC + " " + M\DD
End Function

Function MatrixMatrixMultiply(X.TMatrix, Y.TMatrix, R.TMatrix)
	gTmpMatrix\AA = X\AA*Y\AA + X\AB*Y\BA + X\AC*Y\CA + X\AD*Y\DA
	gTmpMatrix\AB = X\AA*Y\AB + X\AB*Y\BB + X\AC*Y\CB + X\AD*Y\DB
	gTmpMatrix\AC = X\AA*Y\AC + X\AB*Y\BC + X\AC*Y\CC + X\AD*Y\DC
	gTmpMatrix\AD = X\AA*Y\AD + X\AB*Y\BD + X\AC*Y\CD + X\AD*Y\DD

	gTmpMatrix\BA = X\BA*Y\AA + X\BB*Y\BA + X\BC*Y\CA + X\BD*Y\DA
	gTmpMatrix\BB = X\BA*Y\AB + X\BB*Y\BB + X\BC*Y\CB + X\BD*Y\DB
	gTmpMatrix\BC = X\BA*Y\AC + X\BB*Y\BC + X\BC*Y\CC + X\BD*Y\DC
	gTmpMatrix\BD = X\BA*Y\AD + X\BB*Y\BD + X\BC*Y\CD + X\BD*Y\DD

	gTmpMatrix\CA = X\CA*Y\AA + X\CB*Y\BA + X\CC*Y\CA + X\CD*Y\DA
	gTmpMatrix\CB = X\CA*Y\AB + X\CB*Y\BB + X\CC*Y\CB + X\CD*Y\DB
	gTmpMatrix\CC = X\CA*Y\AC + X\CB*Y\BC + X\CC*Y\CC + X\CD*Y\DC
	gTmpMatrix\CD = X\CA*Y\AD + X\CB*Y\BD + X\CC*Y\CD + X\CD*Y\DD

	gTmpMatrix\DA = X\DA*Y\AA + X\DB*Y\BA + X\DC*Y\CA + X\DD*Y\DA
	gTmpMatrix\DB = X\DA*Y\AB + X\DB*Y\BB + X\DC*Y\CB + X\DD*Y\DB
	gTmpMatrix\DC = X\DA*Y\AC + X\DB*Y\BC + X\DC*Y\CC + X\DD*Y\DC
	gTmpMatrix\DD = X\DA*Y\AD + X\DB*Y\BD + X\DC*Y\CD + X\DD*Y\DD

	R\AA = gTmpMatrix\AA : R\AB = gTmpMatrix\AB : R\AC = gTmpMatrix\AC : R\AD = gTmpMatrix\AD
	R\BA = gTmpMatrix\BA : R\BB = gTmpMatrix\BB : R\BC = gTmpMatrix\BC : R\BD = gTmpMatrix\BD
	R\CA = gTmpMatrix\CA : R\CB = gTmpMatrix\CB : R\CC = gTmpMatrix\CC : R\CD = gTmpMatrix\CD
	R\DA = gTmpMatrix\DA : R\DB = gTmpMatrix\DB : R\DC = gTmpMatrix\DC : R\DD = gTmpMatrix\DD
End Function

Function MatrixVectorMultiply(A.TMatrix, B.TVector, R.TVector)
	gTmpVector\X = A\AA*B\X + A\AB*B\Y + A\AC*B\Z + A\AD*B\W
	gTmpVector\Y = A\BA*B\X + A\BB*B\Y + A\BC*B\Z + A\BD*B\W
	gTmpVector\Z = A\CA*B\X + A\CB*B\Y + A\CC*B\Z + A\CD*B\W
	gTmpVector\W = A\DA*B\X + A\DB*B\Y + A\DC*B\Z + A\DD*B\W

	R\X = gTmpVector\X
	R\Y = gTmpVector\Y
	R\Z = gTmpVector\Z
	R\W = gTmpVector\W
End Function
; ----------------------------------------------------------

; - Example ------------------------------------------------
Global Angle#, Z#
Global Stream%, Count%, Index%

Graphics 640, 480, 0, 2
SetBuffer BackBuffer()

Stream = ReadFile("test.3d")
Count = ReadInt(Stream)

Dim Vertices#(Count - 1, 2)
For Index = 0 To Count - 1
	Vertices(Index, 0) = ReadFloat(Stream)
	Vertices(Index, 2) = ReadFloat(Stream) ; kleiner Hack, weil 3DS ein anderes koor. system hat
	Vertices(Index, 1) = ReadFloat(Stream)
Next

CloseFile Stream

srInit()

srMatrixMode(SR_PROJECTION)
srLoadIdentity()
srPerspective(1.0, 640.0/480.0, 0.1, 100.0)
srDepthRange(0.0, 1.0)

srMatrixMode(SR_MODELVIEW)
Z = -30.0
While Not KeyDown(1)
	Angle = Angle + 2.0

	Cls()

	If KeyDown(200) Then Z = Z - 0.5
	If KeyDown(208) Then Z = Z + 0.5

	srLoadIdentity()
	srRotate(Angle, 0.0, 1.0, 0.0)
	srTranslate(0.0, 0.0, Z)

	For Index = 0 To Count - 1
		srVertex(Vertices(Index, 0), Vertices(Index, 1), Vertices(Index, 2))
		srDrawVertex()
	Next

	Flip(0)
Wend

End
; ----------------------------------------------------------

    Ist OpenGL nach empfunden. Kann nur GL_POINTS rendern, wenn man das so will. Mit Scanlineimplentierung sind dann auch schnell Texturemapping, Lighting usw. realisiert, aber keine Zeit dafür 😛 Ist sicher nicht gerade die ideale Sprache dafür, aber das habe ich mal für jemanden als Hilfestellung geschrieben.

    >>Screenshot<<

    mfg olli

    0
  • X

    Okay danke 🙂 Mein Aufbau ist eigentlich der selbe, also hab ich vielleicht irgendwo en kleinen Fehler bei der Matrix Multiplikation oder so, ich schaus mir nochmal an.

    Vielen Dank auf jeden Fall. Ich find' die Sprache nur irgendwie... seltsam 😛

    0
  • G

    Wenn du einen Software Renderer schreiben willst, wie wär's, wenn der auf Raytracing basiert? Wäre auf jeden Fall mal was anderes als gewöhnliche Rasterizer, und wird in Zukunft wahrscheinlich an Bedeutung gewinnen. 🙂

    0
  • R
    Mod

    groovemaster schrieb:

    Wenn du einen Software Renderer schreiben willst, wie wär's, wenn der auf Raytracing basiert? Wäre auf jeden Fall mal was anderes als gewöhnliche Rasterizer

    wieso? die meisten schreiben einen raytracer weil es so trivial ist damit anzufangen, ein guter software renderer ist dagegen sehr selten und komplex.

    und wird in Zukunft wahrscheinlich an Bedeutung gewinnen. 🙂

    glaub nicht jedem marketing 😉

    0
  • B

    rüdiger schrieb:

    Computergrafik | ISBN: 3826609085

    Das Buch kann ich dir nur empfehlen. Das letzte mal als ich es einem Freund empfohlen habe, war es gerade im Ausverkauf bei Amazon für 10€ zu haben, also ein Preis den man nicht bereuen wird.

    http://www.terrashop.info/82660908/artikel.php

    0
  • X

    Blue-Tiger schrieb:

    rüdiger schrieb:

    Computergrafik | ISBN: 3826609085

    Das Buch kann ich dir nur empfehlen. Das letzte mal als ich es einem Freund empfohlen habe, war es gerade im Ausverkauf bei Amazon für 10€ zu haben, also ein Preis den man nicht bereuen wird.

    http://www.terrashop.info/82660908/artikel.php

    Ich hab mir das Buch da schon vorn paar Wochen für die 4€ gekauft 😛

    0
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