Graphics Engine Architeture

2009-03-26

1. when i was trying to implement one paper and see how it work, most of the time, i use glut. Actually, the framework with trackball function in Meshcourse07 and Nvidia OpenGL SDK 10.5 is good enough to meet my this simple need.

2. 但是当设计的模块多了之后，之前简单的在一个framework中mix了数据和显示这方面会显得极为混乱.
例如有一个Bezier Curves class, only deal with the data and operators cared by the curve itself.
还有一个是复杂显示的RenderDevice class, wrapper for opengl commands and rendering engine.
为了做到两者可以互不相关，
需要提供一个中间的协调者:
#include "BezierCurve"
#include "RenderDevice"
class Whatever {
BezierCurve *;
render(RenderDevice *) {}
controlBezier(UserInput *) { // call the functions fo BezierCurves }
...
};

3. 更复杂的还设计GUI widgets模块，windows窗口模块等，这些还需要继续了解。现在正在看G3D graphics engine的实现.


> 09-04-17

1. The first is "Essential mathematics for games and interactive applications".

2. The second one is related to the "Wild Magic Game Engine", the third 貌似不是关于技术的，虽然其作者的 G3D Graphic Engine 很吸引。

>2009-5-29 OpenGL Windows GUI Application MVC框架，multi-thread, 结合opengl来讲，很好。But, still call the gl command in the Model part, what to do is the data in the Model needed to be render ?

有用的文章链接

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Some thoughts on the compute shader and the future So what's separating a GPU from a CPU? The difference is in how it approaches long latency operations, in particular memory accesses. Cpu use a large mount of caches, while Gpu use multi-thread. what is a thread is Gpu? ....

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Fixing Pathfinding Once and For All

Curve Bezier Patch, Tessellation

Main Point is:
输入: 给出一个初始的原始网格(一般是比较coarse的啦，否则就没有必要进行tessellation了)。
过程：微观上，对网格的中每一个面face(可能是triangle or quad)，生成一个对应的控制面片，宏观上，这个原始网格就得到一个对应的控制网格了。
输出：上面生成的控制网格，要是看做是control points for bezier patches, then 给出参数坐标(u,v)不就对应于bezier patch上的某一个点了吗？整个控制网格得到的整个bezier曲面因此起到逼近approximate一开始作为输入的那个原始网格的效果。

难点在于怎么求控制网格/控制点，使得最好的patches直接能smooth, C1/G1。以及跟新的gpu pileline结合起来。

PN Triangles:

实现上本来很简单，但是我之前竟然弄了个很严重的错误，就是先求了原是网格的Loop limit surface再对这求PN。得到的PN triangle应该是interpolate原始网格的。
Reference：A.Vlachos, J.Peters, etc. Curved PN Triangles, 2001.
之后的工作还包括：怎么改善连续性，怎么加入sharp features，怎么扩展到triangle-quads等。详细的内容请google。


Tamy Boubekeur 的主页上继Scalar tagged PN, QAS, Subdivision Shading, Phong Tessellation之后又有新东西了，Realtime tessellation, 好像是他在这方面工作的一个总结，期待当中。
update 2009-05-10, quadratic-approximation-of-subdivision

Approximate Subdivision Shading 这篇文章提供了三方面的信息。1. 评论Subdivision Shading工作, 2. 将Subdivision Shading的方法跟下面将要提到的ACC结合起来，文中没有说得太仔细，但是我估计是在得到ACC的geometry patch之后，再求geometry patch上每一个顶点的normal(其one-ring faces的normals的avarage), 不需要求tangent patch了当然，在对geometry patch做evaluation的时候，同时对其上面的normals也做相同的evaluation。3. to achieve watertight surfaces when using displacement maps。


C. Loop & S. Schaefer的Approximation Catmull-Clark Subdivision surfaces with Bicubic Patches[ACC], 2007/2008. 现在的确比上面提到的PN, QAS都要热，一方面是因为现在DirectX11上新加入的tessellation功能. C. Loop本来就在Ms工作，估计这个ACC工作本来就跟D11的开发相结合的。 相关的连接(1).Tessellation of Displaced Subdivision Surfaces in DX11 (2).Siggraph 2008: Next-Generation Rendering of Subdivision Surfaces 。

ACC上面没有考虑到sharp features, 因此有了Real-time creased Approximatie subdivision surfaces,2009.
10 Fun Things to do with Tessellation Hardware tessellation这个new tool有什么好玩的功能呢? 看看这个文章啦:-)
[Mar 26,09 update]虽然比Nvidia慢，但是ATI/AMD终于就在HW上实现ACC了 "OpenGL Tessellation Samples", 看来ACC真的太hot了，刚下载了demo来编译运行, 可惜我的RV380(Radeon X600)不支持。另外，因为ACC的实现需要one-ring neighborhood的信息，而在GPU中怎么能看到一个primitive vertex/face的邻域信息呢，并且还是在pipeline的前段，在vertex unpacked之前?


http://www.cise.ufl.edu/research/SurfLab/pubs.shtml 其中一个做细分曲面做得最好的实验室，上面N多好papers。而其中就有1, Smooth surfaces from 4-sided facets 2008; 2. Fast Paralled construction of smooth surfaces for meshes with tri/quad/poly 2008等和就网格生成smooth的Bezier patches并用GPU加速相关的工作。


当然在Tessellation得到bezier patches之后，可以在上面使用normal mapping, displacement mapping等来加添显示效果。
另外这里涉及一个watertightness的问题，怎么样使得相邻的patches之间不出现缝隙，这个倒没有深究。

Unified subdiviaion schemes based on the Sqrt2 subdivision operator

刚完成了相关的工作并submit了，希望有个好的结果啦。

我是January从Dr. Li那里接手这个工作的，当时刚完成了approximation of Loop subdivision surfaces的工作，开始时候怎么也看不懂，因为涉及到了box-spline，而我对b-spline也都一头雾水，去google这个什么box-spline，download下来的paper都是公式公式，唯一的收获还是“可惜自己不是数学系的”。但是也不想问老师，因为听老师说会上手得快很多，但是像吃饭，一口下去吞了也就吞了，什么味道都不知道呢。于是，一直拖到寒假，晚上在家里看看，推推导，画画图，慢慢竟然有点feel了。之后，就coding，一切都顺利，使得我以为也不着急。但是到了2月中旬，发现需要在3.1号之前搞定，马上进入crease features的处理，于是，意料之外的痛苦开始了……

two weeks以后，工作完了，文章submit了，虽然还是不知道什么是box-spline，但是貌似效果还不错的：

Main References:

1. on subdivision schemes generalizing uniform b-spline surfaces of arbitrary degree. J.Stam. 2001.

2. Composite sqrt2 subdivision surfaces. Guiqing Li and W. Ma. 2006/2007.