Utilisation des extensions OpenGL sur une NVidia GeForce (256,2 ou 3)

Rappels sur l'OpenGL

NB: je consid�re que vous connaissez bien OpenGL 1.1. Pour r�viser, ce site permet de se rafraichir la m�moire.
Le pipeline OpenGL se divise en deux moteurs principaux:

Dans la version d'OpenGL 1.1, les limitations sont: Lorsque les constructeurs developpent de nouvelles fonctionnalites sur les cartes videos, ils fournissent au programmeur l'acces a ces fonctionnalites par l'intermediaire d'extensions. Ces extensions s'accedent au sein d'OpenGL detaille comme suit.


Utilisations des extensions

Sous linux (c�st le seul unix sous lequel la GeForce tourne), pour utiliser une extension (i.e soit une fonction, soit un flag), il suffit que cette fonction soit d�finie dans le gl.h et que ca compile. Sous Windows, l'acc�s est un peu different. Soit vous trouvez un fichier glext.h qui vous permet d'avoir toutes les definitions, sinon il vous faut chercher le profil de la fonction et creer votre glext.h a la main. La d�marche consiste � r�cup�rer l' adresse de chaque fonction que l' on veut utiliser. Ceci permet de savoir si la carte dispose de cette extension lors du lancement du programme. Pour ceci, il s'agit de d�clarer un pointeur sur ce type de fonction. Pour initialiser votre programme, vous devez avant d'entrer dans votre boucle d'evenements r�cuperer l'adresse dans le driver de cette fonction par l'appel a la fonction windows wglGetProcAdress("TokenDeLaFonction"). Si le pointeur renvoye n'est pas nul, alors la fonction est utilisable.

Utilisation du multitexture

Puisqu'OpenGL est une machine d'�tats finis, il faut toujours sp�cifier � OpenGL quelle est la texture sur laquelle les op�rations vont s'appliquer. Pour le multitexture, le principe consiste � sp�cifier l'unit� de texture sur laquelle les op�rations de texture s'appliquent. On utilise pour cel� la fonction glActiveTextureARB. Avant toute operation li�e � la texture, on appelle un glActiveTextureARB(GL_TEXTURE0_ARB) ou GL_TEXTURE1_ARB ou GL_TEXTUREk_ARB (0<k<n) où n est le nombre d'unites de textures disponibles simultanement pour le hard. Dans le cas des GeForce 256 et GeForce 2, ce nombre est 2. Dans le cas de la GeForce 3, ce nombre est 4. (Attention cependant l'utilisation des 4 textures divise le frame rate par 2) Ensuite, pour utiliser plusieurs textures simultanement, il faut pour chaque unit� de texture activer l'utilisation de la texture a l'aide de glEnable(GL_TEXTURE_2D) ou glEnable(GL_TEXTURE_CUBE_MAP_EXT) ou glEnable(GL_TEXTURE_1D).
Dans le cas de 2 textures simultanees:

glActiveTextureARB(GL_TEXTURE0_ARB);
glEnable(GL_TEXTURE_2D);
glBindTexture(montexid[0]);
glActiveTextureARB(GL_TEXTURE1_ARB);
glEnable(GL_TEXTURE_2D);
glBindTexture(montexid[1]);
Ensuite pour definir les coordonnees de textures pour un sommet, (par exemple pour des textures 2D) glMultiTexCoord2fARB(GL_TEXTURE0_ARB,0.,1.);
glMultiTexCoord2fARB(GL_TEXTURE1_ARB,0.5,1.);
glVertex3fv(MonVertex.pos);
 Remarque: on n'est pas oblig� d'utiliser des textures 2D pour chaque unit� de texture. On peut tr�s bien utiliser une cube map et une texture 1D, ou n'importe quelle autre configuration de textures.

Utilisation des cube maps

Un cube map peut se voir comme une table d'indirection permettant d'associer � une direction donn�e une valeur RGB(A). Comment les utiliser? En fait, les texture target sont d�j� allou�s:

NB: il n'y a qu�n seul contexte de texture pour une cube map. Toutes les op�rations de cr�ation de texture s'appellent comme d'habitude sauf que le target est un de ces texture id. glTexImage2D(GL_TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_X_EXT, ) va donc charger dans la face orientee vers +x la texture 2D passee en parametre de glTexImage2D. Ensuite on effectue les operations souhaitees. On peut utiliser ces cube maps selon 2 modes, reflections et normales.
Pour le mode reflection (Env Map), il faut dire:

glTexGeni(GL_S,GL_TEXTURE_GEN_MODE,GL_REFLECTION_MAP_EXT);
glTexGeni(GL_T,GL_TEXTURE_GEN_MODE,GL_REFLECTION_MAP_EXT);
glTexGeni(GL_R,GL_TEXTURE_GEN_MODE,GL_REFLECTION_MAP_EXT);
glEnable(GL_TEXTURE_GEN_S);
glEnable(GL_TEXTURE_GEN_T);
glEnable(GL_TEXTURE_GEN_R);
 Il faudra ensuite penser que le cube est situe autour de l'objet et que les faces du cube correspondent � l'image de l'environement ext�rieur vu du centre de l'objet.
Pour le mode Normales (renormalisation), il faut taper:

glTexGeni(GL_S,GL_TEXTURE_GEN_MODE,GL_NORMAL_MAP_EXT);
glTexGeni(GL_T,GL_TEXTURE_GEN_MODE,GL_NORMAL_MAP_EXT);
glTexGeni(GL_R,GL_TEXTURE_GEN_MODE,GL_NORMAL_MAP_EXT);
glDisable(GL_TEXTURE_GEN_S);
glDisable(GL_TEXTURE_GEN_T);
glDisable(GL_TEXTURE_GEN_R);
 Ce mode est appel� renormalisation car le but principal de son impl�mentation est de pouvoir renormaliser n'importe quel vecteur. Comme coordonn�es de texture, il suffit de donner les coordonn�es du vecteur. La couleur renvoy�e est la couleur situ�e dans le cube map � l'intersection du vecteur et du cube. Il suffit que les textures soient construites de facon � ce que chaque vecteur issu de l'origine et touchant le cube ait comme couleur lui-meme renorme en RGB. Attention tout de meme, il ne faut pas oublier le glEnable(GL_TEXTURE_CUBE_MAP_EXT) pour que la cube map soit utilisee par gl.

Utilisation des registers combiners

Le m�canisme des registers combiners intervient dans le raster engine. En OpenGL standard, la fonction de m�lange des attributs divers (couleur du materiau, couleur de la lumi�re, couleur de la texture) pour le pixel courant n'est pas reprogrammable (juste une poign�e de m�thodes entre lesquelles choisir). Le calcul de m�lange des attributs est fixe. L'id�e de ce genre de "Pixel Shaders" est de permettre au programmeur de red�finir la fonction de m�lange des attributs. Lorsque le raster engine a fini de calculer les donn�es associ�es au fragment, il execute le pixel shader. Ce pixel shader est en fait un micro-programme execut� par le hardware pour chaque pixel a tracer � l'�cran, qui prend en entr�e toutes les donn�es calcul�es par le raster pour le pixel. Ce pixel shader est implement� sur NVidia GeForce par les Register combiners. Dans ces Register combiners, on peut effectuer:

Pour de plus amples informations: le document de MJKilgard: A practical and robust approach for bump-mapping with Today'hardware


En fait, les register combiners se pr�sentent comme un micro-programme d�coup� en plusieurs �tages. Ceux-ci sont soit des �tages generaux, soit l'�tage final. Au sein de chaque �tage g�n�ral, on dispose pour le pixel des valeurs:

NOM DE REGISTRE Valeur initiale Droits d'acces Description
GL_ZERO 0 Lecture seule Une constante
GL_CONSTANT_COLOR0_NV definie par l'application Lecture seule Une valeur constante pour un meme shader
GL_CONSTANT_COLOR1_NV definie par l'application Lecture seule id
GL_FOG selon les parametres de glFogi et du fragment Lecture seule En RGB la couleur du fog, et en alpha son opacite
GL_PRIMARY_COLOR_NV couleur interpolee Lecture/ecriture La couleur du fragment definie par glColor ou glColorMaterial
GL_SECONDARY_COLOR_NV couleur interpolee Lecture/ecriture Une extension OpenGL permet de definir une seconde couleur de materiau
GL_SPARE0_NV indefinie Lecture ecriture Un registre de travail
GL_SPARE1_NV indefinie Lecture ecriture Un registre de travail
GL_TEXTURE0_ARB couleur filtree de l'unite de texture 0 pour le fragment courant Lecture ecriture (attention, on ne modifie pas la valeur de la texture) Une information de texture
GL_TEXTURE1_ARB couleur filtree de l'unite de texture 1 pour le fragment courant Lecture ecriture Une information de texture
GL_TEXTUREi_ARB couleur filtree de l'unite de texture i pour le fragment courant, dans le cas de la GeForce 3, i vaut (0,1,2,3) Lecture ecriture Une information de texture

Ensuite on dispose de 8 registres, 4 en RGB, 4 en alpha qui vont permettre de d�composer les op�rations. L'id�e est de dire que les op�rations en RGB vont �tre ind�pendantes de celles en alpha. On nomme alors ces registres A,B,C,D. On peut donner � chaque registre une des valeurs des registres pr�c�demment d�crits auxquels on a �ventuellement appliqu� une fonction de conversion. La diff�rence entre les GeForce 256 et 2 par rapport � la GeForce 3 est qu'elles disposent de moins de textures en m�me temps (2 au lieu de 4). Ces fonctions de conversions sont:
Mapping d'entr�e Fonction appliqu�e Intervalles Explications
GL_UNSIGNED_IDENTITY_NV max(0,x) [0..1]=>[0..1] Presque l'identit� (ne pas oublier que les valeurs negatives sont clamp�es avec ce mecanisme)
GL_SIGNED_INVERT_IDENTITY_NV 1.-min(max(0,x),1) [0..1]=>[1..0] Presque l'inversion sauf qu'on clampe ce qui depasse 1
GL_EXPAND_NORMAL_NV 2*max(0,x)-1 [0..1]=>[-1..1] La fonction de conversion d'une couleur en un vecteur (attention le vecteur 0,0,0 est repr�sent� par 0.5,0.5,0.5)
GL_EXPAND_NEGATE_NV -2*max(0,x)+1 [0..1]=>[1..-1] La conversion d'une couleur en le vecteur oppos�
GL_HALF_BIAS_NORMAL_NV max(0,x)-0.5 [0..1]=>[-0.5..0.5] sans commentaire
GL_HALF_BIAS_NEGATE_NV -max(0,x)+0.5 [0..1]=>[0.5..-0.5] sans commentaire
GL_SIGNED_IDENTITY_NV x [-1..1]=>[-1..1] l'identite signee
GL_SIGNED_NEGATE_NV -x [-1..1]=>[1..-1] L'inverse signee


Cette figure montre un exemple d'utilisation d'un �tage. Pour se repr�senter le m�canisme des register combiners, il faut imaginer un processeur. Une partie des registres sont accessibles par le programmeur (voir tableau precedent), une partie des registres sont r�serv�s par le processeur pour r�aliser les op�rations de calculs interm�diaires (registres A B C D). Pour executer une partie de micro-programme de pixel shader, il faut imaginer l'execution d'une operation dans un processeur. Le processeur va charger dans ses registres de travail les valeurs contenus dans ceux du programmeur, en utilisant un mode d'interpr�tation particulier de chaque valeur dans le registre de travail. Ensuite, il ex�cute forc�ment une op�ration de multiplication (produit scalaire ou composante a composante) entre A et B, et entre C et D, en parall�le. Ensuite, le programmeur choisit la destination de chaque produit (ou il peut choisir de ne pas les stocker). De plus, une op�ration d'addition ou de s�lection peut s'effectuer sur le r�sultat des deux produits pr�c�dents. La s�lection correspond � : si SPARE0.alpha>0.5 alors CD sinon AB. Ensuite on peut stocker le resultat ou ne pas en tenir compte. L'op�ration finale de scale et bias s'applique � tous les resultats (produits + addition). Tous les r�sultats ne peuvent stocker que dans les resultats accessibles au programmeur.



G�n�rateurs de code

Le g�n�rateur de code d'un �tage normal
Le g�n�rateur de code de l'�tage final
NB:Pour utiliser ces morceaux de code, il ne faut pas oublier de dire a la carte:

Utilisation des registers combiners

Un exemple d'application des combiners

INFORMATIONS

Auteur:Franck Senegas
Derni�re Mise A Jour:22-8-2001