Frame Buffer Objects

Question 1

Was sind FBOs

Accepted Answer

Wie dem Vertexbuffer können auch dem Framebuffer Objekte zugeordnet werden. Statt direkt zu rendern, kann man Texturen “attachen”, in welche gerendert werden soll. Der default-Framebuffer wird vom Windowmanager eingerichtet (Color, Depth und Stencil).

Question 2

Was ist ein Screen Filling Quad

Accepted Answer

Zum Anzeigen der Textur wird ein Polygon mit dieser Textur auf der Größe des Viewports gerendert. Schleife über alle Pixel erzwungen Fragment-Shader die Farbe des Texels übergeben. Alternativ kann auch ein Screen Filling Triangle gerendert werden, welches über die Dimension des Viewports hinausgeht.

Question 3

Ablauf eines Screen Filling Quads

Accepted Answer

Erstellen des FBOs (inkl. Textur) Binden des FBOs Wechsel auf herkömmliche ShaderRendern der Szene Entbinden des FBOsWechsel auf Post-Processing ShaderRendern des Screen Filling Quads

Question 4

Mittelwertfilter

Accepted Answer

Im Fragment-Shader wird der Mittelwert der umliegenden Pixel über out vec4 fragmentColor; void main() {fragmentColor = texture(colorTexture, passUVCoord)} fragmentColor +=texture(colortexture, passUVCoord + vec2(offsetX, offsetY)) berechnet.

Question 5

Wozu gl_FragCoord und texelFetch

Accepted Answer

Um die Übergabe von Fenstergröße, UV-Koordinaten und die Normalisierung der Texturkoordinaten zu umgehen, kann man im Fragment-Shader auch folgenden Zugriff machen: fragmentColor += texelFetch(colortexture, ivec2(gl_FragCoord) + ivec2(i-1, j-1)) Die Behandlung der Randkoordinaten erfolgt mit eingeschaltetem Clamping automatisch. Die Mittelung erfolgt nachdem alle Texel so aufaddiert wurden.

Question 6

Was ist der StencilBuffer

Accepted Answer

Der Stencil-Buffer (im Fragment-Shader) bietet weitere Möglichkeiten die Pixel zu beschreiben. Dieser nutzt eine Stencil-Textur um diese über das gerenderte Bild zu legen (häufigste Anwendung: Masken).

Question 7

Spezifikation von Colorbuffer

Accepted Answer

Diese Funktion legt beim rendern eines Pixels fest, ob der Stencilbuffer gefüllt werden soll. Dabei wird mit ref fest. x kann hierbei sein: NEVER, LESS, LEQUAL, GREATER, GEQUAL, EQUAL, NOTEQUAL, ALWAYS. Bsp: glStencilFunc(GL_GRAEATER, 3, 0xFF); Falls der Stencilwert > 3 wird der Colorbuffer gefüllt.

Question 8

Welche Funktion legt fest, wie in den Stencil Buffer geschrieben wird?

Accepted Answer

// legt fest wie in den Stencilbuffer geschrieben wird glStencilOp(GLenum sfail, GLenum dpfail, GLenum dppass);

Question 9

Welche Parameter gibt es im Stencil Buffer

Accepted Answer

sfail: Aktion bei fehlgeschlagenem Stencil-Testdpfail: Aktion bei erfolgreichem Stencil- aber fehlgeschlagenem Tiefentestdppass: Aktion bei erfolgreichem Stencil- und Tiefentest

Question 10

Mögliche Operationen im Stencil Buffer

Accepted Answer

GL_KEEP: das Pixel unverändert lassen GL_ZERO: Stencil löschen GL_REPLACE: Referenzwert schreiben GL_INCR / GL_DECR: gespeicherten Wert erhöhen/verringern GL_INVERT: gespeicherten Wert invertieren

Question 11

Spiegelungen Im Stencil Buffer Wie werden sie gerendert

Accepted Answer

- Stencilbuffer löschen- Szene zeichnen- Beim rendern eines Spiegels wird der Stencilbuffer gefüllt, indem vorher die Funktionen gesetzt werden: glStencilOp(GL_REPLACE, GL_REPLACE, GL_REPLACE) glStencilFunc(GL_ALWAYS, 1, 1) - Szene vom gespiegelten Viewpoint erneut zeichnen, aber nur in den Spiegel, indem vorher die Funktionen gesetzt werden: glStencilOp(GL_KEEP, GL_KEEP, GL_KEEP) glStencilFunc(GL_EQUAL, 0, 0xFF - Colorbuffer abhängig von den Werten im Stencilbuffer verändern

Question 12

Code von Spiegelung

Accepted Answer

glEnable(GL_STENCIL_TEST); // Setze den Löschwert glClearStencil(1); // Normale Szene in Color- und Stencilbuffer glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT| GL_DEPTH_BUFFER_BIT| GL_STENCIL_BUFFER_BIT); glStencilFunc(GL_ALWAYS, 0, 0xFF); glStencilOp(GL_REPLACE, GL_REPLACE, GL_REPLACE); sceneStencil->render(); // Spiegelung der Szene nur in Colorbuffer, wenn Stencilwert 0 glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT| GL_DEPTH_BUFFER_BIT); glStencilFunc(GL_EQUAL, 0, 0xFF); glStencilOp(GL_KEEP, GL_KEEP, GL_KEEP); scene->render();

Question 13

Code von Screen Filling Quad

Accepted Answer

in vec2 passUvCoord; uniform sampler2D colortexture; out vec4 fragmentColor; void main() {fragmentColor = texture(colorTexture, passUVCoord)}

Question 14

Code vom FBO

Accepted Answer

// FBO generieren und bindenglGenFramebuffers(...) glBindFramebuffer(...) // Texturen anlegen und bindenglGenTextures(...) glBindtexture(...) // Textur anlegen und Parameter setzenglTexImage2D(...) glTexParameteri(...) // Textur an FBO attachenglFramebufferTexture2D(parameter) // Parameter legen fest was attached wird:GL_COLOR_ATTACHMENT0 GL_COLOR_ATTACHMENTn GL_DEPTH_ATTACHMENT GL_STENCIL_ATTACHMENT

Question 15

Frame Buffer Objects

Accepted Answer

- Entspricht dem Bildschirm - Enthält Buffer - Buffer als nutzbare Texturen - Alle Buffer haben die gleiche Auflösung / Größe

Question 16

Colorbuffer

Accepted Answer

- Buffer in Form einer Textur - Speichert Farben in bestimmten Format - Verschiedene Channels (bsp. RGBA) - Channels mit beliebiger Genauigkeit - Speichert Bildschirminhalte (Farben, Normalen, Positionen...)

Question 17

Depthbuffer

Accepted Answer

Textur mit nur einem Channel - Auflösung beliebig - Speichert automatisch die Tiefeninformationen der Szene - Nutzer hat keine eigene Entscheidungsgewalt, was in den Depthbuffer geht - Wird genutzt für Tiefentest

Question 18

Stencilbuffer

Accepted Answer

- Meist in kombinierter Textur mit Depthbuffer - Nutzer entscheidet, wann und womit er beschrieben wird (in dem Hauptprogramm) - Stencilbuffer entscheidet, wann in einen Color- oder Depthbuffer geschrieben wird.

Question 19

Render-to-Texture

Accepted Answer

- Rendern der Szene in Textur - Können auch mehrere Texturen sein - Textur für Positionen, Normalen und Farben - G-Buffer

Question 20

Screen-Filling-Quad

Accepted Answer

- Darstellen von einer Textur auf dem Bildschirm - Rendern eines Quads auf dem Bildschirm - Textur auf Quad - Wenn keine Model- oder Viewmatrix angewendet wird, dann hat das Quad Ausmaße im Bereich [0,1]

Question 21

Anlegen des FBOs

Accepted Answer

glGenFramebuffers(1, &fboHandle); glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, fboHandle); glDeleteFramebuffers(1, &fboHandle);

Question 22

Anlegen der Texturen

Accepted Answer

glGenTextures(1, &textureID); glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, textureID); glTexParameterf(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_CLAMP_TO_EDGE); glTexParameterf(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_CLAMP_TO_EDGE); glTexParameterf(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR); glTexParameterf(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR); glDeleteTextures(1, &textureID);

Question 23

Zuordnen der Texturen zu FBOs

Accepted Answer

glFramebufferTexture2D(GL_FRAMEBUFFER, GL_COLOR_ATTACHMENT0+id, GL_TEXTURE_2D, colorTexHandle, 0); glDrawBuffers(numColorTextures, drawBuffers); glFramebufferTexture2D(GL_FRAMEBUFFER, GL_DEPTH_ATTACHMENT, GL_TEXTURE_2D, depthTexHandle, 0); glFramebufferTexture2D(GL_FRAMEBUFFER, GL_DEPTH_STENCIL_ATTACHMENT, GL_TEXTURE_2D, stencilTexHandle, 0);

Question 24

Programmierung FBO

Accepted Answer

Rendern von Szene in FBO - Rendern von Textur auf Bildschirm - von FBO - von Hauptprogramm

Question 25

Silhouettenkanten

Accepted Answer

- Bilden den Unterschied zwischen Schatten und Licht - Sie entscheiden, wo ein Objekt endet - Allein diese Kanten sind ausreichend für die Schattenberechnung

Question 26

Silhouettenkanten und deren Detektion

Accepted Answer

Eine Kante verbindet zwei Flächen - Flächen haben Normalen - Weist eine Normale zur Kamera und eine von ihr weg, ist es eine Silhouettenkante - Berechnung auf der CPU

Question 27

Generierung der Planes aus Silhouettenkanten

Accepted Answer

- Erzeugung eines Quads - 4 Punkte notwendig - 2 von Kante, zwei als unendliche Projektion

Question 28

Read-only z-Buffer

Accepted Answer

- Szene einmal rendern um die Grundgeometrie darzustellen - Diese ist dann im Tiefenbuffer (z-Buffer) - Schattenvolumen wird dann nur dort aufgenommen, wo es auch eigentlich sein würde

Question 29

Stencil Buffer

Accepted Answer

- Im Stencil Buffer wird die Information behalten, ob schattiert wird oder nicht - Rendern der Schattenvolumen so, dass der finale Eintrag in dem Buffer angibt, ob Schatten vorhanden ist

Question 30

Front- und Backface-Culling

Accepted Answer

Zweimaliges Rendern der Schattenvolumen - Einmal nur die Vorderseiten (Backface-Culling), +1 im Stencil Buffer - Einmal nur die Rückseiten (Frontface-Culling), -1 im Stencil Buffer - Bei einer 0 im Stencil Buffer kein Schatten, alles was addiert wurde wieder subtrahiert wurde - Bei einem Wert größer als 0 Schatten

Question 31

Anzahl der Renderpasses

Accepted Answer

3 Passes - Szene rendern für den Tiefentest - Szene rendern für den Stencilbuffer (Tiefentest verhindert Einträge, wo sie nicht sein müssen) - Szene rendern für die finale Beleuchtung - aber nicht zwangsläufig eigene FBOs

Question 32

Mehrere Render Passes

Accepted Answer

Wie viele? Einen für Lichtquelle, einen für Kamera Welche Geometrie? Jeweils die gesamte Szene

Question 33

FBOs Wie viele? Welche Buffer?

Accepted Answer

Wie viele?- Eines für Lichtquelle - (Für Kamera nicht zwangsläufig notwendig) - Welche Buffer?Nur ein Depth Buffer Kein Color Buffer

Question 34

Ein und Ausgabe von der Lichtquelle

Accepted Answer

Eingabe: Position des Vertex Ausgabe: Transformation mit MVP (View von Lichtquelle!)

Question 35

Kamera Shader

Accepted Answer

wie Phong Zusätzliche Eingabe: Depth Buffer, View Projection Bias der LichtquelleAusgabe: Vertex Shader: Transformation von Vertex in Kamera und Lichtquellensystem Fragment Shader: Berechnen der Farbe, Vergleich der Tiefenwerte

CG (Fach) / Frame Buffer Objects (Lektion)