TruForm (N-Patches)

• Marko Dolenc :: 31. dec 2001

ATI je s svojim R200 (ki se nahaja na karticah Radeon 8500) v svet računalniške grafike vnesel kar precej potrebne vedrine, ki je že nekaj časa nismo bili deležni. R200, poleg hitrosti, nudi tudi nekaj novosti, ki jih do sedaj še nismo videli implementiranih v grafične čipe. Ena izmed teh novosti je tudi TruForm. TruForm je ATI-jevo ime za n-patches (n-zlepki), ki jih lahko še drugače imenujemo tudi beizer patches (bezier zlepki). Skratka tri imena za eno in isto stvar...

Kaj so n-zlepki in kako delujejo?

N-Zlepki so eden izmed načinov predstavljanja krivulj v računalniški grafiki. Osnova n-zlepkov je isti postopek kot ga uporabimo za izris bezierjeve krivulje, samo da ga uporabimo v treh dimenzijah.

TruForm deluje na klasičnih trikotnikih, za kar potrebujemo trikotniške n-zlepke. Za trikotniške n-zlepke potrebujeemo 10 kontrolnih točk. Tri kontrolne točke predstavljajo oglišča trikotnika, ostalih 7 pa moramo izračunati. Ker TruForm deluje v celoti na grafičnem procesorju si moramo za izračun preostalih kontrolnih točk pomagati s podatki, ki jih grafični procesor dobi. Šest dodatnih kontrolnih točk lahko dobimo tako, da v vsako točko postavimo ravnino, ki je pravokotna na normalo v tej točki. Nato pa poiščemo še točko, ki je na 1/3 dolžine do sosednje točke in jo preslikamo na ravnino (glej spodnjo sliko za boljšo predstavitev).

Sedaj imamo vsega sukupaj 9 kontrolnih točk in potrebujemo še eno, ki pa jo dobimo tako, da izračunamo povprečje ostalih devetih točk.

Sedaj mora grafična kartica s pomočjo teh kontrolnih točk samo še izračunati nove trikotnike in postopek je končan. Nove trikotnike pa grafični procesor generira tako, da vsak rob razdeli na določeno število segmentov (število željenih segmentov poda aplikacija). Če imamo en segment se trikotnik ne spremeni. Pri dveh segmentih dobimo iz enega trikotnika 4 trikotnike, pri treh segmentih 9 trikotnikov, pri štirih pa že 16 trikotnikov. Kot vidite število trikotnikov narašča zelo hitro in lahko precej hitro zaduši grafično kartico. 

Praksa

No sedaj pa še zanimivejši del, kako namreč vse skupaj izgleda v praksi. Sicer ni ravno Serious Sama ampak en programček, ki sem ga sprogramiral in si ga lahko tudi sami pogledate. Modeli so sicer brez tekstur vendar so uporabljene točkovne luči tako, da se vseeno vidi kakšen je učinek na osvetlitev.

Živa bitja so ena izmed najprimernejših stvari za uporabo z TruFormom, saj niso sestavljena iz ostrih robov, kar kot bomo videli pozneje, povzroča probleme.

O spremembah naj se vsak odloči sam, vendar je vse skupaj vedno videti bolje v gibanju. Sledi model vesoljske ladje, ki vsebuje nekoliko ostrejše robove.

Kot vidimo na modelu vesoljske ladje, ki je renderirana z TruFormom se že pojavijo težave pri stikanju robov. Ti problemi nastanejo zato, ker se točke na robovih običajno podvajajo. Zaradi podvajanja imajo te točke različne normale, kar povzroči da se sosednji robovi ne stikajo.

No pa si poglejmo še model vesoljske postaje (ki si ga lahko ogledate tudi v priloženem programčku).

Kot lahko vidimo so se težave ponovno pojavile. Zanimivo je tudi to, da v bistvu ni nobene enostavne rešitve za odstranitev tega problema. Namreč tudi če ne uporabljamo podvajanja točk na robovih in imamo zato v vsaki točki samo eno normalo (pač povprečna normala vseh prejšnjih) se problemom ne izognemo. S tem sicer rešimo problem nespajanja robov, ampak nas čaka nov problem - "napihovanje modela". 

Kako izgleda "napihnjen model"? Spodaj imate nekaj slikic, kaj se zgodi z modelom kocke...

Kocka ima sicer to dobro lastnost, da je pravilen lik in v primeru, da bi imelo vsako oglišče kocke tri normale pravokotne na svoje ploskve ne bi doživeli zgoraj opisanih problemov, vendar pa to velja samo pri ravnih ploskvah. Poleg tega se površina v tem primeru sploh ne bi ukrivila, ampak bi TruForm samo razbil trikotnike na še manjše trikotnike.

Dobre strani:	Slabe strani:
Zanimiva uporaba pri organskih modelih Vse se izvaja na grafični kartici (na grafično kartico pošljemo samo osnovni model, ki ima dosti manj trikotnikov, kot jih bo imel konči model), s čimer se izognemo prevelikim količinam prenosa podatkov čez AGP vodilo	Uporaben praktično samo za organske modele Problemi z robovi so praktično neizogibni

Zaključek

Mnenje o TruFormu naj si pač izdela vsak sam, vendar mene ni preveč prevzel. Radeon 8500 pa je tako ali tako dobra kartica tudi brez TruForma. Slike so vse razen dveh slik s kontrolnimi točkami, ki sta iz ATI-jeve strani, moje. Uporabljeni modeli pa se dobijo zraven DirectX 8.1 SDK.

Program si lahko sami snamete in pogledate tukaj. Program vedno uporablja n-zlepke, vendar bo v primeru Radeon-a 8500 uporabil strojno pospeševanje, na vseh ostalih karticah pa softwaresko emulacijo.

Tukaj pa si lahko snamete še celotno izvorno kodo in se malo igrate z njo.