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

2.3 Evolução do hardware gráfico 27
etapa de transformação geométrica e iluminação era pré-determinado e à aplicação só cabia habili-
tar/desabilitar estados desse fluxo.
Com as GPUs programáveis, a aplicação passa a ser capaz de redefinir o comportamento das
etapas de transformação geométrica e iluminação, tanto com relação aos vértices como aos frag-
mentos, através da programação de um processador de vértices e um processador de fragmentos. O
processador de vértices é responsável pela execução de um programa que modifica os atributos de
cada vértice da geometria submetida pela CPU. Por sua vez, o processador de fragmentos é respon-
sável pela execução de um programa que processa cada fragmento de pixel gerado durante a etapa
de rasterização e assim determina atributos de cor e profundidade a serem direcionados a buffers de
renderização, também chamados de alvos de renderização (render targets). As placas gráficas mais
recentes contam ainda com uma arquitetura unificada, capaz de trabalhar tanto como um processador
de vértices, de fragmentos, ou um processador de primitivas, de acordo com a demanda. Este último
processador tem a capacidade de acessar as informações associadas a cada primitiva, como os vértices
que compõem a primitiva, além das relações de conectividade com as primitivas adjacentes.
Ao explorar a flexibilidade do processador de vértices, fragmentos e geometria, a aplicação tem a
oportunidade de implementar em hardware um número variado de modelos de iluminação, incluindo
os clássicos modelos de Phong [Bui-Tong, 1975] e Blinn [Blinn, 1977] (para uma implementação
na GPU, veja Fosner [2002]), e também modelos mais complexos como os de Cook-Torrance [Cook
and Torrance, 1982] e Oren-Nayar [Oren and Nayar, 1992] (veja também Engel [2004]), e modelo de
Kubelka-Munk [Wendlandt and Hecht, 1966, Kortun, 1969] (implementação na GPU segundo Baxter
et al. [2004]). Essa flexibilidade se estende também à possibilidade de simular modelos de iluminação
baseados em BRDF (Bidirectional Reflectance Distribution Function), calcular termos de reflexão de
Fresnel (razão entre a quantidade de luz refletida e luz transmitida numa superfície), implementar
modelos de iluminação anisotrópica e modelos de iluminação para ilustrações (modelos não fotore-
alistas), entre uma pletora de outras possibilidades.
A deformação da geometria através do processador de vértices inclui a habilidade de realizar
skinning de vértices em hardware [Dempski, 2002] e mapeamento de deslocamento (displacement
mapping) usando texturas convencionais ou texturas procedurais criadas pelo processador de frag-
mentos [Green, 2002]. No processador de fragmentos, os atributos de cor e profundidade dos pixels
podem ser modificados segundo diferentes tipos de mapeamento de texturas para simulação de deta-
lhes 3D [Policarpo et al., 2005, Krishnamurthy and Levoy, 1996, Tatarchuk, 2006].
Essa geração de hardware gráfico programável tem início em 2000 com o lançamento da placa
gráfica NVIDIA GeForce 3 [Lindholm et al., 2001] para o computador Apple Macintosh. No início
de 2001, durante o evento MacWorld Expo Tokyo sobre computadores Macintosh, é exibido o filme
de curta metragem Luxo Jr., produzido originalmente pela Pixar [Pixar, 2007], mas desta vez sendo