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

2.4 Arquitetura das GPUs programáveis 33
execução para a GPU através do driver de vídeo. Este é um processo semelhante ao que ocorre
no modelo de compilação Just-In-Time utilizado em linguagens intermediárias de máquinas virtuais.
Mas, contrastando ainda mais com programas tradicionais da CPU, shaders não são aplicações por
si só, e sempre dependem de uma aplicação na CPU que utilize a API gráfica. Essa aplicação é
responsável por configurar as funcionalidades não programáveis das GPUs, alimentar o fluxo de ren-
derização com dados de primitivas, texturas e valores constantes, e definir os alvos de renderização.
Em nossa proposta de uma arquitetura de suporte a tarefas de manipulação direta 3D usando a GPU,
essa dependência exige que parte do processamento ainda seja realizada na CPU.
Diferentes versões das linguagens de shaders são disponibilizadas de acordo com o modelo do
ambiente de execução de cada GPU programável. Tal modelo, chamado de modelo de shader (Shader
Model), reflete o aprimoramento do conjunto de instruções e registradores implementados segundo as
sub-gerações de hardware gráfico de quarta geração. O primeiro e mais limitado modelo de shader
é o modelo 1.1, introduzido em 2000 com a placa NVIDIA GeForce 3. O modelo 3.0 é o modelo
exigido na implementação da nossa arquitetura de interação. A arquitetura ilustrada na figura 2.3 é
ligeiramente modificada quando se considera um hardware compatível com modelo de shader 3.0. A
principal alteração é a capacidade do processador de vértices de também poder realizar amostragem
de texturas. O modelo de shader 4.0 é o mais atual neste momento, e consta na especificação da API
Direct3D 10. Sua principal modificação está na introdução de um processador de geometria capaz
de acessar informações de adjacência dos vértices que compõem cada primitiva, além de permitir
criar novas primitivas sem depender da CPU. Para uma comparação entre os diferentes modelos de
shaders, veja Microsoft [2006] e Blythe [2006].
2.4.1 Processador de vértices
O processador de vértices é responsável pela execução de um shader para cada vértice da ge-
ometria obtido após a etapa de montagem de vértices. Um vértice é composto de até 16 atributos
definidos pela aplicação segundo uma lista de formato de vértices pré-definida pela API. A aplicação
também define a semântica de cada atributo segundo uma lista de significados disponibilizada pela
API. A semântica dos atributos é utilizada na etapa de montagem dos vértices (e.g., para distinguir
qual atributo possui a posição do vértice) e para que o fluxo de função fixa de renderização possa
distinguir, por exemplo, qual elemento corresponde ao vetor normal para o cálculo de iluminação, ou
quais elementos contêm coordenadas de textura para a etapa de texturização. Essa lista de semânticas
inclui a posição do vértice, vetor normal, vetor tangente e vetor binormal 3 , cor RGBα, coordenadas
3 De acordo com Lengyel [2003], o termo binormal não é apropriado no contexto de mapeamento de detalhes 3D, pois
sua definição em geometria diferencial não corresponde a um vetor tangente a um ponto da superfície, alinhado segundo
a parametrização de uma das coordenadas de textura nessa superfície. O autor sugere o termo vetor bitangente [Lengyel,