Uma Arquitetura de Suporte a Interações 3D ... - DCA - Unicamp

102 Arquitetura de interação
A integração da arquitetura de interação com a arquitetura de hardware gráfico permite que os
mesmos shaders de deformação utilizados na visualização podem ser utilizados também para levar em
consideração as modificações sofridas ao longo do fluxo de visualização pelos atributos geométricos
necessários em manipulação direta 3D. Essa estratégia evita ainda a duplicação de dados de geometria
na CPU, uma vez que o mesmo modelo usado para visualização – armazenado em memória de vídeo
local – também pode ser utilizado para o processamento de interação. Além disso, em razão do alto
poder computacional e capacidade de processamento paralelo das atuais GPUs, é possível obter um
aumento no desempenho do cálculo desses atributos mesmo em cenas que não sofrem deformações
no fluxo de visualização. Em resumo, a arquitetura proposta pode ter desempenho superior ao obtido
com o algoritmo tradicional de ray picking, mas ao mesmo tempo fornece uma solução satisfatória
para o problema de interação com geometria deformada na GPU.
Os atributos processados pela GPU são codificados como componentes de cor em buffers de
renderização não visíveis com formato em ponto flutuante, e decodificados pela CPU de modo a
fornecer à aplicação os atributos correspondentes de cada pixel do modelo renderizado. Os seguintes
atributos podem ser calculados para cada vértice e interpoladas para cada fragmento:
• Valor de profundidade. Profundidade do fragmento da superfície renderizada, em coor-
denadas relativas à janela. O cálculo desse atributo exige a existência, na geometria origi-
nal, do atributo de posição 3D do vértice em coordenadas locais (coordenadas relativas ao
espaço do objeto). Para transformações perspectivas obtidas em OpenGL com o comando
glFrustum() ou gluPerspective() (da biblioteca GLU - OpenGL Utility Library),
esse valor de profundidade é calculado como
zwindow =
Zf + Zn 2ZfZn Zfvp − Znvp
+
zeye(Zf − Zn) 2
Zf − Zn
+ Zfvp + Znvp
, (5.1)
2
onde zeye é o valor de profundidade relativo ao espaço da câmera, e Zn e Zf correspondem, res-
pectivamente, aos valores de profundidade do plano de recorte próximo (near clipping plane) e
distante (far clipping plane), também em coordenadas relativas ao espaço da câmera. As variá-
veis Znvp e Zfvp correspondem aos valores utilizados pela API gráfica para mapear linearmente
as coordenadas de profundidade já recortadas e divididas pela coordenada homogênea (norma-
lizadas entre -1 e 1 no OpenGL, e entre 0 e 1 no Direct3D), para valores de profundidade do
espaço da janela normalizados geralmente entre Znvp = 0 e Zfvp = 1, onde Znvp corresponde ao
valor do plano de recorte próximo e Zfvp corresponde ao valor do plano de recorte distante. Em
OpenGL, tais valores são definidos pelo comando glDepthRange(). Em Direct3D 9.0, são
definidos através do ajuste das variáveis-membro MinZ e MaxZ da estrutura D3DVIEWPORT9,
passada como parâmetro do método IDirect3DDevice9::SetViewport. Para transfor-