Se entiende por sistema informático en
tiempo real aquel que tiene ciertas restricciones de comportamiento
en el tiempo. Algunas restricciones bastante comunes son que el
sistema responda a una señal externa en un tiempo lo suficientemente
corto o que produzca una frecuencia de salida mínima [ENLACE
TEMA 6: concepto tiempo real]. En particular, un sistema de síntesis
de gráficos 3D en tiempo real, será un sistema que
pueda redibujar la escena en un tiempo suficientemente corto,
lo que permitirá cierta sensación de continuidad
visual y dotar de interactividad adecuada a nuestra aplicación.
Para conseguir esta disminución en coste
de la representación gráfica se utilizan librerías
de funciones que implementan técnicas especiales de visualización,
y también existe la posibilidad, dadas las características
de los procesos que efectúan, de utilizar hardware especial
para acelerar los cálculos.
Las características que se pueden destacar en este tipo de sistemas son:
- Utilizar BSP-Trees para ordenar los polígonos por distancias y aplicar el algoritmo del pintor comenzando la visualización por los más lejanos.
- Utilizar una memoria especial llamada Z-buffer que para cada pixel guarda un valor Zp, la distancia a la que está el punto correspondiente del objeto tridimensional, que será el más cercano de los dibujados en esa dirección hasta el momento.
Veamos los componentes más comunes de la memoria de pantalla.
a) Memoria de pantalla normal (memoria de color):
Guarda el color de cada punto. Para gráficos
por ordenador se suelen tener 24 bits de color (trueColor:
8 bits por componente R, G, B). Otros sistemas utilizan 32 bits,
4 bytes (3 de R, G, B y uno para el factor de transparencia "componente
o canal alfa" ). Para hacer gráficos interactivos
esta memoria de color se suele multiplicar por dos, constituyendo
lo que se llama un sistema de doble buffer. El doble buffer
se utiliza para evitar la sensación de parpadeo (flickering)
que se produce al redibujar la escena mientras la estamos observando.
Para ello el sistema gráfico dibuja en un segundo buffer
(el buffer trasero o backbuffer) mientras el usuario percibe
la imagen del buffer delantero (frontbuffer).
Cuando se acaba de dibujar la nueva imagen se conmutan
las dos memorias, y el usuario pasa a ver de repente en el frontbuffer
la nueva imagen acabada, comenzándose a dibujar la
siguiente imagen en el backbuffer. De esta manera vemos siempre
imágenes terminadas, y nunca el resultado intermedio.
En ocasiones se colocan otros planos de color adicionales
que se pueden dibujar de forma independiente, los planos de
superposición. Existen dos tipos de planos de superposición:
aquellos que se van a dibujar siempre por encima de los planos
de color normales (memoria de overlay) y los que se van
a dibujar siempre por debajo (memoria de underlay). El
overlay se puede usar para dibujar partes de la escena próximas
que nunca van a cambiar básicamente (por ejemplo, la cabina
del piloto en un simulador de vuelo), mientras que el underlay
se utiliza para dibujar el fondo (por ejemplo, las montañas
lejanas del mismo simulador de vuelo).
La librería debe disponer de algún
sistema para distinguir cuál de los planos debe ser el
que se utilice para dibujar cada pixel particular. Esto puede
realizarse definiendo una máscara en los pixels, o bien
utilizando colores especiales en los planos de underlay y overlay.
b) Memoria de acumulación:
Se utiliza también para almacenar color, con
el propósito de acumular imágenes sucesivas. Con
estas memorias se pueden realizar efectos curiosos como el 'motion
bluring' que consiste en un desenfoque producido por el movimiento
del objeto, que se puede conseguir sumando con diferentes pesos
varias imágenes del objeto mientras se mueve. La memoria
de acumulación se puede también utilizar para eliminar
los efectos de dentado (aliasing) en la imagen, suavizando
los bordes de los objetos y los detalles de las texturas. Para
ello se hace la media entre varias imágenes que se diferencian
por ligeras variaciones del punto de vista.
c) Memoria de profundidad (Z-buffer):
Como hemos dicho antes, la existencia de esta memoria
es una característica particular de los sistemas de visualización
en tiempo real. En esta memoria se suelen utilizar 16 o 32 bits
por pixel para guardar información relativa a la distancia
o profundidad de cada pixel. Cuando se comienza a dibujar la escena
toda la memoria del z-buffer se borra, inicializando el valor
de distancia al mayor posible. A partir de entonces, cada vez
que se dibuja un objeto, se comprueba para cada pixel que cubre
su proyección si la distancia al observador es menor que
la almacenada en ese punto del z-buffer. Si lo es, entonces el
pixel cambia al color del objeto y su valor de profundidad se
almacena en el z-buffer.
, el color de 
no se borra para cambiarlo por
.
Al final tenemos una distribución de memoria
del siguiente tipo:
El proceso computacional que lleva desde la descripción
de los objetos en la escena hasta la imagen final se produce,
en los sistemas en tiempo real, mediante una serie de fases consecutivas
y conectadas entre sí (la salida de datos de una fase constituye
la entrada de la siguiente), que se denomina pipeline ('oleoducto')
gráfica.
Debemos distinguir los datos propios de la escena,
que van a circular por este sistema de procesamiento secuencial,
del conjunto de variables, accesibles al programador, que van
a determinar el tipo de procesamiento al que se ven sometidos
los datos y ciertas características del resultado gráfico.
Este conjunto de variables será denominado contexto
gráfico. El contexto gráfico incluye variables
cuyo valor puede ser cambiado por el programa a lo largo del proceso.
Entre ellas hay algunas que controlan la activación o desactivación
de ciertas funciones de la pipeline gráfica (por ejemplo,
el uso del doble buffer o de la comparación del z-buffer).
Otras controlan el modo en que algunas operaciones son realizadas
(por ejemplo, variantes en el método de iluminación)
y por último, también incluyen datos que son utilizados
por la pipeline, como las matrices de proyección y transformación,
posición del observador, fuentes de luz, texturas, etc.
Recordemos que uno de los objetivos de los sistemas
de visualización en tiempo real es descomponer el proceso
de visualización en fases simples que tengan un coste mínimo
y puedan ser implementadas por hardware. Según cuál
sea el equipo disponible, parte de la pipeline será ejecutada
por el hardware específico y parte tendrá que ejecutarse
por la CPU del sistema. Esta idea permite que una misma aplicación
pueda funcionar en equipos con diferente tipo de aceleración
gráfica (o con ninguna, si la CPU es lo suficientemente
potente). En cualquier caso, la parte ejecutada en la CPU comenzará
siempre por el principio de la pipeline, y a partir de cierto
punto los datos serán transferidos al hardware gráfico
que continuará el proceso hasta el final.
La idea fundamental del procesado en tiempo real
es que todos los objetos deben ser descompuestos en polígonos.
Estos polígonos serán descompuestos a su vez en
triángulos. Cada triángulo será proyectado
sobre la ventana bidimensional y rellenado con los colores adecuados
para reflejar los efectos de la iluminación, texturas,
etc. Una vez se han generado los triángulos, en la pipeline
existen dos partes claramente diferenciadas: una primera etapa
operaciones realizadas sobre cada uno de los vértices,
y después de que éstos se proyecten sobre la ventana,
entonces comienza una segunda fase de cálculos realizados
para cada pixel cubierto por los triángulos.
El siguiente sería un esquema del proceso
en pipeline que comienza por la Base de Datos de la Escena:
Las fases pricipales son:
1. - Seleccionar los objetos que deben dibujarse en cada fotograma
- Convertir esos objetos a polígonos.
- Producir una lista de primitivas poligonales descritas por listas de vértices.
2. - Calcular el color para cada vértice según un método de sombreado local.
3. - Proyección 3D2D de cada vértice, que además nos proporciona la profundidad de cada vértice
- Recorte o clipping del triángulo si cae fuera de la ventana.
4. - Rellenado de los triángulos (rastering). Para ello se realizan varias fases de procesamiento por pixel:
- Comprobar si cada nuevo pixel es visible o no (comprobación de profundidad).
- Interpolación lineal del color para el nuevo pixel (método de Gouraud).
- Si existe una textura definida o transparencia,
efectuar la modificación de color correspondiente.
Vamos a estudiar ahora con más detalle algunas
de estas fases.
3.2.1. SELECCIÓN DE OBJETOS Y CONVERSIÓN
A POLÍGONOS.
En gráficos interactivos toda representación
de los objetos 3D que no sea poligonal se debe previamente transformar
en una representación de superficie poligonal para poder
hacer uso de la pipeline gráfica.
En esta fase de selección se intenta optimizar la calidad y cantidad de objetos que se van a utilizar. La selección de objetos se basa en dos técnicas principales:
- Ocultos por otros objetos.
- Fuera del campo de visión.
Veremos más en detalle cómo estas técnicas
pueden implementarse haciendo uso de estructuras de datos especiales
[ENLACE a estructuras jerárquicas para simulación
en tiempo real TEMA 6].
La conversión a polígonos se puede
efectuar por la propia aplicación, a criterio del programador,
o utilizar funciones de la librería gráficas. Algunas
librerías permiten definir objetos con representaciones
no basadas en polígonos, pero incluyen funciones para efectuar
la conversión. Por, ejemplo OpenGL incluye la definición
de superficies paramétricas tipo NURBS, pero hay que utilizar
la función glNurbsSurface( ) para realizar conversión
de estos objetos a polígonos.
Al final de este proceso tendremos una lista de polígonos
descritos por vértices. Cada vértice debe contener
como mínimo la información acerca de su posición
en el espacio, pero también datos que permitan calcular
posteriormente su color. Si el programa no proporciona para cada
vértice un color previamente calculado, deberá indicarse
el valor del vector normal a la superficie en ese punto, para
que la pipeline calcule el color mediante un modelo de iluminación.
En el caso de que se desee pegar una textura sobre
el objeto [ENLACE a tema de texturas], deben proporcionarse los
datos para que la pipeline calcule automáticamente las
coordenadas de textura, o bien dar explícitamente los valores
de estas coordenadas.
3.2.2. TRANSFORMACIÓN DE OBJETOS O MODELADO.
Es muy común que dispongamos de una especificación
del objeto en un cierto sistema de coordenadas (sistema de
coordenadas del objeto o sistema local). Por ejemplo,
hemos modelado una casa en la que las coordenadas de los vértices
y la orientación de los vectores normales viene definida
respecto a un sistema ortogonal situado en el centro de la casa.
Sin embargo, los diferentes objetos situados en una escena comparten
un sistema de referencia absoluto (sistema de coordenadas del
mundo, de la escena, o sistema global). Por tanto necesitamos
un mecanismo para transformar la posición, orientación
y escala de los objetos de forma que podamos combinarlos en una
escena común con otros, mover el objeto o efectuar diferentes
copias del mismo.
La forma en que estas transformaciones de modelado
se efectúan en las librerías gráficas suele
ser através de un sistema de coordenadas actual que se
almacena en el contexto gráfico. Este sistema de coordenadas
suele representarse por medio de una matriz que expresa la transformación
que en cada instante lo liga con el sistema absoluto del mundo.
Supongamos que tenemos una función que dibuja un cubo cuyos
vértices han sido definidos respecto a con un sistema de
coordenadas situado en su centro. ¿Cómo podemos dibujar
el cubo en una posición cualquiera de la escena? Suponiendo
que el sistema de coordenadas actual de la escena está
inicialmente en el origen del sistema del mundo, tendríamos
que trasladarlo al punto donde queremos situar el cubo, y entonces
llamar a la función que dibuja el cubo.
Estas operaciones de transformación son siempre
matriciales, pueden descomponerse en sumas y multiplicaciones,
y por tanto caen dentro de la categoría de operaciones
lineales que podemos incluir de forma eficiente en el procesado
gráfico de los vértices que definen a los objetos.
Para visualizar cómo se combinan diferentes
transformaciones de modelado podemos utilizar estructuras árboreas
como ésta; en las que se especifica el orden de las operaciones
y a qué objetos afecta(a todos aquellos bajo el nodo que
indica la transformación.
Hay librerías que incluyen una estructura
de datos en la que pueden definirse directamente estas estructuras
jerárquicas de transformaciones [ENLACE A ESTR. JERARQUICAS
para simulación en tiempo real (Tema 6)]. En otras librerías
no existe una estructura de datos explícita, y las operaciones
y su alcance se deben indicar mediante instrucciones de la librería
en el código del programa. Por ejemplo esto sucede en OpenGl,
donde el ejemplo anterior podría ser, programado como:
[Enlace código ejemplo PUSH Y POP]
Las coordenadas utilizadas internamente por muchas
librerías gráficas para representar la posición
de los vértices tienen cuatro componentes. La cuarta componente
se denomina coordenada homogénea, y tiene por defecto
un valor unidad. Una vez se han efectuado todas las transformaciones
matriciales, tanto las de proyección como las de modelado,
la librería gráfica interpretará que las
coordenadas 3D de cada punto son las tres primeras coordenadas,
dividida cada una de ellas por el valor w de la coordenada
homogénea.
El uso de estas coordenadas homogéneas tiene
tres razones principales:
Coord. Homogéneas 
.
Nota :
Para representar un punto en el infinito pondremos
.
Matriz de translación
Normalmente se ofrecen funciones para realizar una
rotación alrededor de cualquiera de los tres ejes o alrededor
de un eje arbitrario, pero teniendo siempre en cuenta cierto criterio
de signo para interpretar el sentido de giro.
Matriz de rotación
alrededor del eje x
Matriz de rotación
alrededor del eje y
Matriz de rotación
alrededor del eje z
Para efectuar giros más complejos podemos combinar estas rotaciones básicas de forma secuencial.
Las rotaciones no afectan solamente a la posición
del objeto, sino también a los vectores normales, de manera
que la iluminación calculada posteriormente corresponda
a la orientación real del objeto en la escena.
Mantiene la forma básica del objeto, sólo
altera sus proporciones. Las anteriores transformaciones sólo
varían la posición pero no sus proporciones. Para
cambiar la escala del objeto en cada uno de los tres ejes, con
sendos factores de escala (ex , ey , ez
) , utilizaríamos la matriz:
Podremos también concatenar varias transformaciones
sobre un objeto, ya que el sistema de referencia local resultará
afectado consecutivamente por todas las operaciones que vayamos
haciendo dentro del alcance adecuado. Debemos tener en cuenta
la forma en que estas transformaciones se acumulan. Por ejemplo,
si efectuamos una rotación y luego una traslación,
el resultado no es el mismo que si hacemos las operaciones al
revés. Si giramos respecto al eje X, la orientación
de los ejes Y, Z habrá cambiado, y eso afectará
a todas las traslaciones ,rotaciones y escalados posteriores,
que se efectuarán utilizando los nuevos ejes.
Un ejemplo sencillo de composición es el siguiente:
deseamos hacer rotar un objeto, pero no respecto al origen de
coordenadas actual, sino respecto a otro punto. Para conseguirlo
tendremos que trasladar el origen de coordenadas al punto que
deseamos como centro de la rotación, efectuar la rotación
y luego devolver el origen de coordenadas a su posición
inicial, para lo cual deberíamos haberlo apilado previamente.
Otro ejemplo, un poco más complejo, es rotar
un objeto respecto a un eje arbitrario. Para ello efectuaríamos
una traslación T que haga pasar el eje de giro por el origen
de coordenadas, luego una rotación (rotaciones) R que hagan
coincidir el eje con uno de los ortogonales x, y, z. Entonces
podríamos usar una función de rotación (por
ejemplo Rz) y luego tendríamos que deshacer
las transformaciones R y T.
Para volver a colocar al objeto:
3.2.3. ASIGNACIÓN DE COLOR A LOS VÉRTICES.
Una vez tenemos los vértices situados
y orientados en el sistema de coordenadas del mundo podemos aplicar
de forma adecuada el modelo de iluminación para asignarles
un color, si es que éste no ha sido asignado explícitamente
en el programa y el subsistema de iluminación está
activado. Como necesitamos efectuar un cálculo lo más
eficiente posible, todas las librerías para gráficos
en tiempo real utilizan un modelo de iluminación basado
en el sombreado local [ENLACE a explicación previa de este
modelo]. Este tipo de modelo utilizará los valores de la
posición y el vector normal de los vértices junto
a la especificación del material y las fuentes de luz,
que se encontrará en el contexto gráfico. Si se
desea restringir este cálculo a los vértices visibles,
pueden efectuarse primero la fase de proyección y recorte
que veremos a continuación.
(A continuación se explica el método
para OpenGl, pero esto no se pone aquí). [ENLACE]
Esta transformación es el paso fundamental
para la visualización de escenas tridimensionales, ya que
es aquí donde cada vértice de cada triángulo
pasa de estar situado en el espacio 3D a hacerlo en coordenadas
referidas a la ventana de visualización o viewport.
Esta transformación se va a realizar en dos pasos: primero
efectuaremos la transformación de visión,
pasaremos del sistema de coordenadas del mundo al sistema de
coordenadas del ojo u observador, definido por la posición
y orientación del observador o cámara [HACE FALTA
UN DIBUJO: EL ANTERIOR], y en segundo lugar efectuaremos la transformación
de perspectiva, o proyección propiamente dicha, que
pasará de coordenadas del observador a coordenadas de
ventana.
3.2.4.1. TRANSFORMACIÓN DE VISIÓN
Para describir la posición y orientación
el observador se utilizan generalmente tres vectores que especificarán
los nueve grados de libertad posibles (tres de posición
y tres de orientación). Una posible combinación
es:
- Definir la posición del punto de vista mediante un vector V.
- Definir un vector unitario con la dirección hacia dónde mira: P
- Definir la dirección vertical para el observador
por medio de un tercer vector A
Para hacer coincidir el sistema del mundo con el
del observador tendremos que trasladar toda la escena un mismo
vector -V, de manera que ahora el punto de vista estará
situado en el origen del mundo. A continuación tenemos
que efectuar una rotación de manera que ambos ejes se alineen.
La matriz total de la transformación de visión será
el producto de las matrices correspondientes a ambas transformaciones:
M=RT.
Si consideramos los vectores anteriores, y definimos
U como el producto vectorial P x A tendremos la matriz:
Una vez tenemos los vértices de la escena
expresados en coordenadas del sistema observador, éstas
se pasan a coordenadas de ventana mediante una proyección
3D-2D. Si deseamos una proyección ortoédrica
o paralela, bastará utilizar dos de las coordenadas
del sistema observador como coordenadas de ventana (con las correcciones
de escala adecuadas), pero este tipo de proyección no hace
disminuir el tamaño de los objetos con la distancia. Para
realizar una proyección que simule este efecto se usa el
sistema de la perspectiva lineal o cónica.
La perspectiva lineal es una aproximación
(que es utilizada también en el método de trazado
de rayos [ENLACE]) conocida desde antiguo para la representación
plana de escenas tridimensionales. Consiste en trazar desde los
objetos líneas rectas que convergen en un único
punto (la posición del observador o cámara). Cuando
estas líneas intersectan un plano (que representaría
el lienzo, la ventana o la retina del observador) se forma allí
la imagen proyectada de la escena se trata de una operación
que debemos realizar con todos los vértices. En este tipo
de proyección se cumple que cuanto más lejos esté
un objeto, más pequeña será su imagen en
el plano de proyección.
Al considerar la perspectiva de esta forma estamos
realizando dos aproximaciones: la primera es suponer que la distancia
a la que se encuentran los objetos (que influye en la disminución
de su tamaño aparente) se puede aproximar por su distancia
en el eje z. Esta aproximación será buena para ángulos
pequeños, pero fallará si aumenta el campo de visión,
ya que entonces la diferencia entre la distancia y la componente
z será evidente.
La segunda aproximación consiste en considerar
que la superficie de proyección es plana, cuando nuestra
visión se basa en el uso de una superficie curva. De nuevo
sucede que las diferencias no son demasiado grandes si consideramos
ángulos de visión pequeños.
La perspectiva lineal cumple una propiedad fundamental:
la proyección de un triángulo 3D es un triángulo
2D formado uniendo las proyecciones de los vértices, de
manera que para cada triángulo de la escena obtendremos
su correspondiente triángulo bidimensional sobre el plano
de proyección. Para poder realizar de manera eficiente
esta computación tenemos que buscar de nuevo una representación
lineal, para lo que utilizaremos otra vez una matriz en coordenadas
homogéneas.
De la figura podemos deducir fácilmente la fórmula de la perspectiva lineal, que básicamente consiste en dividir las dos coordenadas paralelas al plano de proyección (x,y) por la distancia de cada punto al observador.
3.2.4.3. IMPLEMENTACIÓN DE LA PERSPECTIVA LINEAL EN LA PIPELINE GRÁFICA
representa el aspecto, la
proporción anchura/altura de la ventana en pixels.
Notemos que este sistema aprovecha el significado
de la coordenada homogénea para realizar una división
encubierta con la ayuda de la matriz de transformación,
de forma que al final reproducimos el efecto de hacer el tamaño
de los objetos inversamente proporcional a su distancia el eje
z.
En las librerías gráficas se proporciona
además información para recortar el tamaño
del espacio de proyección. Por un lado se suele especificar
el ángulo de perspectiva o del campo de visión
( en OpenGL se da el ángulo de visión vertical
fovy (field of view en y)). Por otro lado, como
veremos inmediatamente, también el espacio piramidal de
proyección (el frustrum) se limita según
la coordenada z.
3.2.4.4. UTILIZACIÓN DE LOS PLANOS CERCANO Y LEJANO
En las librerías para gráficos en tiempo
real el programa debe añadir a los parámetros de
perspectiva que ya hemos visto la posición de dos planos
de recorte, el plano cercano y el plano lejano,
que delimitan un tronco de pirámide donde se sitúan
los objetos que serán efectivamente visibles en la proyección.
Los objetos que salgan fuera de estos planos no se verán,
y los que los intersecten serán recortados, dejando visible
solamente la parte interior.
La utilidad de estos planos es doble: por una parte
permiten restringir la parte de la escena que se desea ver en
función de la distancia. En ciertos casos esto puede permitir
que nos centremos en una parte de la escena que nos interesa.
Sin embargo, la principal razón para utilizar estos planos
es calibrar adecuadamente los valores de profundidad del z-buffer,
de la memoria de distancia. En efecto, los valores almacenados
en el z-buffer no son valores absolutos de distancia, sino valores
relativos a la posición entre los dos planos de recorte,
de manera que si estos están muy alejados entre sí,
una diferencia de una unidad en la profundidad almacenada en el
z-buffer representará una gran distancia en coordenadas
del mundo, y ello puede provocar problemas a la hora de efectuar
la ocultación de superficies no visibles, ya que dos planos
situados a similar distancia pueden confundirse a la hora de comprobar
cuál es visible. Por ello es conveniente situar los planos
de recorte tan cercanos entre sí como sea posible, lo
que aumentará la capacidad de precisión en el test
que utiliza el z-buffer.
Una vez llegada a esta fase tenemos ya los vértices
de los triángulos proyectados sobre un plano, pero nada
impide que sus coordenadas caigan fuera de la ventana. Como la
siguiente fase del procesado en tiempo real va a consistir en
el rellenado de los triángulos, nos conviene limitar éstos
a la parte que este dentro de la ventana, ahorrándonos
la interpolación de pixels que van a quedar fuera del área
de visualización. Es por ello por lo que se realiza una
fase previa de recorte, en la cual se comprueba qué triángulos
de la lista de visualización se encuentran dentro de la
ventana y cuáles fuera, de manera que:
- Si están completamente fuera de la ventana, entonces los desechamos.
- Si están completamente dentro se siguen
procesando sin alterarlos.
Para triángulos que tienen una parte dentro y otra parte fuera:
- Se recorta y elimina de la lista de visualización lo que queda fuera.
- Se retriangula la parte que queda dentro de la
ventana, calculando por interpolación la posición,
el color y otras propiedades de los nuevos vértices que
pudieran aparecer.
3.2.6. RELLENO DE LOS TRIÁNGULOS (RASTERING).
Se trata de la última fase, en ocasiones la
más costosa, del proceso, por lo que es la primera que
se suele integrar en el hardware gráfico. En esta etapa
se trata de asignar colores a los pixels correspondientes al interior
de cada triángulo proyectado que cae dentro del área
de visualización. Los colores asignados deben calcularse
por el método de Gouraud, interpolando linealmente entre
los colores de los tres vértices. Otras variables como
la coordenada de profundidad z o las coordenadas de textura sufren
el mismo proceso de interpolación lineal, fácilmente
reproducible por hardware.
El algoritmo que generalmente se utiliza para rellenar
la mitad de un triángulo como el de la figura es el siguiente:
hallar 
hallar 
inicialización: 
desde 
hasta 
hallar 
desde 
hasta 
si ( NO activado test-profundidad ó 
Obsérvese que el resultado final es la actualización
del color c(x,y) y el valor de profundidad en el z-buffer
z(x,y) para los puntos del área de visualización
que superan el test de visibilidad basado en el z-buffer. El color
final de estos pixels actualizados, representado aquí por
una función 
, dependerá
del tipo de operaciones por pixel que estén definidas (transparencia,
texturación, etc.)
3.2.6.1. CONSIDERACIONES SOBRE EL COSTE COMPUTACIONAL
Como comentamos, las operaciones de la pipeline pueden
dividirse más o menos en dos partes: las realizadas por
vértice y las realizadas por pixel en la fase de rellenado.
Podemos decir que el coste computacional es en ambos casos lineal,
aunque puede variar para vértices o pixels particulares
(dependiendo de ciertos factores como el número de fuentes
de luz presentes, el tipo de operaciones de rellenado, etc.).
Por ello resulta evidente que habrá que controlar estas
variables a la hora de intentar optimizar el coste del proceso
de visualización .
[ENLACE a tema de simulación en tiempo real
y técnicas de optimización].
Otro problema que puede aparecer en el proceso gráfico
en tiempo real se debe a la propia estructura de la pipeline,
en la que los datos necesarios deben transmitirse de una fase
a otra. Esta transmisión en algunos casos puede ser más
lenta que el propio procesamiento de los datos, especialmente
cuando se utiliza el bus del sistema.
En general la fase de procesamiento o transmisión de datos más lenta restringirá la velocidad global de la pipeline. Cuando una etapa es claramente menos eficiente que las demás se habla de la existencia de un cuello de botella, que hay que intentar solucionar para aprovechar la capacidad de otros módulos de la pipeline.
Todos estos factores de coste se describirán
con más detalle en el tema6.
3.2.6.2. MODO RETENIDO E INMEDIATO: LA LISTA DE
VISUALIZACIÓN
Ya hemos comentado que después de la fase
de selección de objetos y su conversión a triángulos
se crea una lista con los polígonos que deseamos dibujar
en el fotograma. Esta lista de visualización o display
list debe contener toda la información necesaria para
el procesamiento que efectuará el resto de la pipeline.
Las librerías gráficas pueden funcionar
en dos modos diferentes (algunas admiten ambos modos, otras solamente
uno). En el llamado modo inmediato, la librería
generará una lista de visualización diferente para
cada fotograma, repitiendo de nuevo el proceso de selección
y poligonización. En el modo retenido, la librería
guarda la lista de visualización generada para reutilizarla
en los siguientes fotogramas, ya que si no hay grandes alteraciones
en la escena, basta con cambiar el punto de vista o efectuar transformaciones
sobre ciertos objetos para tener los datos correspondientes a
las sucesivas imágenes.
La distinción entre estos dos modos se hace
importante en ciertas arquitecturas de hardware para la visualización.
Hay procesadores gráficos que permiten almacenar la lista
de visualización en una memoria propia, evitando el coste
de enviar cada fotograma los datos desde la memoria principal.
Sin embargo este sistema resulta muy ineficiente cuando hay que
efectuar frecuentes actualizaciones masivas de la lista de visualización,
debido a que la escena cambia mucho de un fotograma a otro (muchos
vértices aparecen, desaparecen, o se mueven).