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Texture Mapping

Texture Mapping. 2001.7.25 김 성 남. Contents. Goal 2D Texture Mapping Texture Filtering Mipmap Sphere Mapping Projective Texture Mapping. Goal. 정교한 물체 표현 Polygon , computation time , memory 개선방법 중의 하나 :Texture Mapping Simplifying objects + texture mapping 현재 많이 사용되는 방법

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Presentation Transcript

  1. Texture Mapping 2001.7.25 김 성 남 1

  2. Contents • Goal • 2D Texture Mapping • Texture Filtering • Mipmap • Sphere Mapping • Projective Texture Mapping 2

  3. Goal • 정교한 물체 표현 • Polygon , computation time , memory • 개선방법 중의 하나 :Texture Mapping • Simplifying objects + texture mapping • 현재 많이 사용되는 방법 • 3D video game … 3

  4. 2D Texture Mapping (1/3) • 3D object의 surface에 미리 생성해 놓은 textureimage를 mapping 한 후 rendering 하는 방법 Texture Image + = 4

  5. 2D texture mapping (2/3) • 개념적인 계산과정 Texture 좌표계 (2D) Modeling 좌표계 (3D) Window 좌표계 (2D) Surface parameterization 5

  6. 2D texture mapping (3/3) • problems • Texture image의 내용과 그에 관련된 성질들을 어떻게 정의할 것인가? • 한장의 image를 rendering하기위해 여러 개의 texture를 사용할 경우 texture image들을 어떻게 하면 효과적으로 다룰 수 있을 것인가? • Surface parameterization 과정을 어떻게 정의할 것인가? • 각 Pixel에 해당하는 texture color를 어떻게 구할 것인가? • 각 Pixel에 대하여 texture color와 object의 base color와 어떻게 혼합할 것인가? 6

  7. 2D Texture Mapping 구조 Pixel Transfer & Image Subset Pixel Stroage glTexImage1D/2D/3D(*) Texture states Texture memory glTexParameter*(*) glEnable(*)/glDisable(*) Texel Generation glTexEnv*(*) (Ct,At) Texture Application Texturing (Cf,Af) (C,A) Fragment before texturing Fragment after texturing (xwd,ywd) Zwd (r,g,b,a) (s,t,r,q) (xwd,ywd) Zwd (r’,g’,b’,a’) (s,t,r,q) 7 Rasterization

  8. Texture Image 설정(1/8) • Image를 openGL sys’에 맞게 설정 : memory에 저장 • Format : main memory에 저장되어있는 texture image data의 저장형식, 각 texel을 구성하는 요소 값 • Type : 각 필드의 요소 데이터가 실제로 저장되는 type void glTexImage2D(GLenum target,Glint level,Glint internalFormat,Glsizei width, Glsizei height,Glint border,Glenum format,Glenum type,const Glvoid *texels); • GL_RGB,GL_BGR,GL_RGBA,GL_BGRA,GL_RED,GL_GREEN,GL_BLUE,GL_ALPHA,GL_LUMINANCE,GL_LUMINANCE_ALPHAGL_COLOR_INDEX … GL_BYTE,GL_SHORT,GL_INT,GL_FLOAT,GL_BITMAT,… 8

  9. Texture Image 설정(2/8) • Pixel Storage module • Memory에 존재하는 texture data가 (R,G,B,A)형태의 openGL sys’내부에서 사용되는 형식으로 변환 • Format 인자에 대해 어떤 상수값을 설정하건, memory에 저장되어 있는 각 texel 값은 일단 내부적으로 (R,G,B,A) 값으로 변환 • GL_RED의 경우, R 채널 값은 main memory에 저장된 값,G,B는 0, 그리고 A는 1 값으로 변환 • Piexel Transfer & Imaging Subset module • 다음 Pixel 이동 등 프로그래머가 설정한 방식으로 적절히 변환이 되어 texture memory에 올려진다. 9

  10. Texture Image 설정(3/8) • internalFormat : texture memory에 올려지는 각 texel이 실제로 어떤 형식으로 구성이 되는 지를 결정texture image의 texel에 저장될 수 있는 요소 데이터는R,G,B,A,L,I 값 등 38가지의 조합가능 • Level : texture image의 LOD 결정인자 내부형식 사용 RGBA 채널 대응 내부요소 GL_ALPHA A A GL_LUMINANCE R L GL_LUMINACE_ALPHA R,A L,A GL_INTENSITY R I GL_RGB R,G,B R,G,B GL_RGBA R,G,B,A R,G,B,A 10

  11. Texture Image 설정(4/8) • Texture object & binding • 여러장의 texture image를 생성할 경우에 효율을 높이기위한 방법 • Texture image 자체에 대한 정보 + texel 값을 구하는 방식에 대한 모든 정보를 저장하는 일종의 자료구조 • glTexImage2D(*) 함수를 반복적으로 호출하면서 매번 texture image를 texture memory에 올리는 것보다 더 빠르게 texture mapping 계산을 수행 void glGenTextures(Glsizei n, Gluint *textureNames); void glBindTexture(Glenum target, Gluint textureName); void glDeleteTexture(Glsizei n,const Gluint *textureNames); 11

  12. Texture Image 설정(5/8) • Texture states • glTexImage2D(*) : mipmap을 포함한 texture 자체에 대한 인자들로 형성, 해상도,경계두께,내부형식 등 • glTexParameter*(*) : 현재 fragment의 texture좌표가 주어졌을때, texture color를 계산하는데 영향 void glTexParameterf(Glenum target,Glenum pname,Glfloat param); 상태종류 인자 이름(pname) 사용가능 인자(param) 확대 필터 GL_TEXTURE_MAG_FILTER GL_NEAREST,GL_LINEAR 축소 필터 GL_TEXTURE_MIN_FILTER GL_NEAREST,GL_LINEAR, GL_NEAREST_MIPMAP_NEAREST, GL_LINEAR_MIPMAP_NEAREST, GL_NEAREST_MIPMAP_LINEAR, GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR 랩 모드(s,t,r) GL_TEXTURE_WRAP_S(_T,_R) GL_CLAMP,GL_REPEAT, GL_CLAMP_TO_EDGE 12

  13. Texture Image 설정(6/8) • Texel Generation module • 현재 처리하려는 fragment에 입힐 texture의 color(Ct,At)를 계산하는 과정 • Texel states module과 texture memory에 저장된 data를이용하여 texel을 생성하는 과정 • Texture Application module • (Ct,At)와 fragment 기반 color(Cf,Af)이 합성하여 fragment의 새로운 color (C,A)를 구하는 과정 void glTexEnvf(Glenum target,Glenum pname, Glfloat param); 13

  14. Texture Image 설정(7/8) 내부형식 GL_REPLACE GL_MODULATE GL_DECAL GL_BLEND GL_ALPHA C=Cf,A=At C=Cf,A=AfAt C=Cf,A=AfAt GL_LUMINANCE C=Lt,A=Af C=CfLt,A=Af C=Cf(1- Lt)+CcLt ,A=Af GL_LUMINACE_ALPHA C=Lt,A=At C=CfLt,A=AfAt C=Cf(1- Lt)+CcLt ,A=AfAt GL_INTENSITY C=It,A=It C=CfIt,A=AfIt C=Cf(1- It)+CcIt ,A=Af (1- It)+AcIt GL_RGB C=Ct,A=Af C=CfCt,A=Af C=Ct,A=Af C=Cf(1- Ct)+CcCt ,A=Af GL_RGBA C=Ct,A=At C=CfCt,A=Af At C=Cf(1-At)+CfAt ,A=At C=Cf(1- Ct)+CcCt ,A=Af At 14

  15. Texture Image 설정(8/8) • Texture 좌표의 설정 및 변환 • object의 modeling단계에서 vertex 좌표와 normal vector,texture좌표를 같이 설정하는 방식 : general • Rendering 계산시 programmer가 설정한 방식으로 각 vertex마다 동적으로 texture좌표를 자동 생성하는 방식 • Environment mapping, Projection mapping void glTexCoord2f(GLfloat s, Glfloat t); 15

  16. t 1.0 s 1.0 Example 16

  17. Texture Filtering(1/5) • Problem • Pixel을 통하여 보이는 texture image의 영역을 대표하는 color를 어떻게 구할 것인가? • Discrete screen space & texture space 사이의 변환을 통한 aliasing 발생을 어떻게 해결할 것인가? Pixel Pixel preimage 역변환 Texture space Screen space 17

  18. Texture Filtering(2/5) • Solution • Ideal • Screen space -> texture space로의 역변환을 통한 pixel의 preimage 영역을 찾아 이 영역에 대한 적분을 통하여 texture image의 color값을 결정 • 많은 계산시간 소요, 실시간 rendering에 부적합 • Sampling & Filtering 이용 • Continous 3D object space <-> Discrete 2D screen space 에서의 sampling & filtering 고려 • Discrete 2D texture space <-> Discrete 2D screen space에서의sampling & filtering 고려 18

  19. Texture Filtering(3/5) • Sampling • Texel에 대해서는 중심점 • Pixel에 대해서는 중심주변의 점 • Filtering • Nearest neighbor filter • Pixel중심에 대응하는 texture space 영역에서 가장 가까운 texel의 color를 texture color로 선택 • Bilinear Interpolation filter • 확대 상황에서는 좋은 결과 • 축소 상황에서는 nearest 비슷 Texel 중심 Pixel 중심 19

  20. Texture Filtering(4/5) 확대와 축소의 경계 확대 축소 texel texel pixel preimage pixel preimage 20

  21. Texture Filtering(5/5) • Average filter • Pixel의 preimage 영역의 모든 texel의 color를 평균 • 이상적인 filter와 가장 근사 (적분 -> 합) • Preimage영역의 texel 수에 따라 계산시간의 차이가 발생-> 실시간 rendering에 부적합 • 보완 • Mipmapping(Trilinear Interpolation filter) 21

  22. Mipmapping(1/3) • 라틴어 Multum In Parvo : 좁은 장소에 많은 것을 집어넣음 • L.Williams,”Pyramidal Parametrics”,SIGGRAPH 83 에서 제안 • Pre-calculation technique • 실시간적인 성능을 내기위해 미리 전처리를 통해 필요한 data 생성 • Multi-resolution technique • Texture image -> s,t축으로 해상도를 반으로 줄여나가는 방법 • 인접한 texel 4개의 평균값을 이용하여 낮은 해상도 image 생성 • Mipmap을 이용하면 texture memory 많이 사용 22

  23. Mipmapping(2/3) • Trilinear Interpolation을 이용한 mipmapping sampling point Level k0 texture Level k0 + 1 texture glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR); 23

  24. Mipmapping(3/3) • Mipmap level 계산 : 정사각형을 통한 preimage 근사 • Area 중심 :aliasing 발생 가능성 높음 • 장축 중심 : Blurring 현상 Area 중심 장축 중심 preimage 24

  25. Texture 좌표의 자동생성 • 일반적인 경우 • Object에 대한 texture 좌표를 미리 계산 • Vertex 좌표를 기술할때 glTexCoord2*(*) 함수를 사용 명시적으로 붙여주는 방식 • Texture가 object에 고정이 되는 정적인 상황 • Object의 vertex에 대한 texture 좌표를 programmer가 동적으로 계산하는 경우 • Object의 vertex 좌표를 사용하여 texture좌표를 생성 • Object coordinates 사용하는 방법 • Eye coordinates 사용하는 방법 • Eye coordinates의 vertex의 normal vector의 방향을 사용하여 texture좌표 생성 void glTexGenf(GLenum coord,GLenum pname,GLfloat param); 25

  26. Sphere Mapping(1/2) • Texture 좌표의 자동생성 • Eye coordinates의 vertex normal vector를 이용 • Environment mapping, specular reflection 등 구현에 사용 • Eye coordinates를 기준으로 수행 t ye 1 (s,t) Reflection direction ze n r 1/2 u xe s V : vertex 1/2 1 Sphere map 26

  27. Sphere map Smooth shading Sphere Mapping(2/2) Sphere mapping을 이용한 Phong shading example Sphere map에 의한 highlight Sphere map에 의한 Phong shading 정반사를 제외한 rendering 27

  28. Projective Texture mapping • 2D texture image를 3D 공간으로 투사, object의 vertex에서의 texture좌표를 동적으로 생성 • Slide projector,spot lighting source,shadow 등의고급 기법을 구현 • M.Segal et al,”Fast Shadow and Lighting Effects Using Texture Mapping”,SIGGRAPH 92 제안 Slide projector 효과 Spot 광원 효과 28

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