सिर्फ 500 लाइनों के C++ में बनाया गया software renderer

 (haqr.eu)
2 पॉइंट द्वारा GN⁺ 2 시간 전 | 1 टिप्पणियां | WhatsApp पर शेयर करें
  • OpenGL·Vulkan·Metal·DirectX के अंदरूनी काम करने के तरीके को समझने के लिए बिना किसी बाहरी graphics library के software renderer को शुरुआत से इम्प्लीमेंट किया गया है
  • यह triangle mesh और texture से बने 3D model को image में बदलता है, और GUI या GPU application बनाना इसमें शामिल नहीं है
  • पूरा कोड लगभग 500 लाइनों का है, और छात्र आमतौर पर 10~20 घंटे लगाकर काम करने वाला renderer बनाना शुरू करते हैं
  • RGB·RGBA·grayscale को सपोर्ट करने वाली TGA processing class और सिर्फ single-pixel setting की सुविधा दी जाती है; line segment और triangle drawing आपको खुद इम्प्लीमेंट करनी होती है
  • तैयार कोड को कॉपी करने के बजाय खुद लिखने पर ही rendering concepts और 3D library के अंदरूनी काम को ठीक से समझा जा सकता है

Rendering pipeline को खुद बनाने की प्रक्रिया

  • आधुनिक 3D graphics library की संरचना का ढीला-ढाला अनुसरण करते हुए rendering pipeline के काम करने का तरीका सीखा जाता है
    • GPU application लिखने के बजाय software renderer से उसके internal behavior को दोबारा बनाया जाता है
    • input एक 3D model है जो triangle mesh और texture से बना है, और output एक rendered image है
    • graphics interface के बिना प्रोग्राम image file बनाता है
  • बाहरी dependency कम रखने के लिए सरल image format TGA का उपयोग किया गया है
    • शुरुआत में दी गई सुविधा सिर्फ image load/save और एक pixel का color set करना है
    • line segment या triangle draw करने के लिए कोई built-in function नहीं है, इसलिए सब कुछ खुद लिखना पड़ता है
  • शुरुआती उदाहरण 64x64 RGB framebuffer बनाता है, तीन coordinates के pixel को सफेद सेट करता है, और फिर उसे framebuffer.tga के रूप में सेव करता है
    • color value BGRA order में दी जाती है

कोड build और run करना

  • पूरी implementation GitHub के tinyrenderer repository में देखी जा सकती है, और छात्रों को दी जाने वाली initial source code भी अलग से उपलब्ध है
  • नीचे दिए गए कमांड से build और run करें
git clone https://github.com/ssloy/tinyrenderer.git &&
cd tinyrenderer &&
cmake -Bbuild &&
cmake --build build -j &&
build/tinyrenderer obj/diablo3_pose/diablo3_pose.obj obj/floor.obj
  • run का परिणाम framebuffer.tga में सेव होता है
  • पूरा कोड लगभग 500 लाइनों का है, लेकिन concepts को समझने के लिए खुद इम्प्लीमेंट करना ज़रूरी है, इसलिए दिए गए कोड को ज्यों का त्यों इस्तेमाल करने की सिफारिश नहीं की जाती

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1 टिप्पणियां

 
GN⁺ 2 시간 전
Hacker News की राय
  • कुछ महीने पहले Rust में software renderer को LLM के बिना खुद implement किया, और एक simple game के साथ pixelated shader और flashlight के किनारों पर chromatic aberration effect भी जोड़ा
    https://github.com/kshitijl/tinyrenderer-rs
    repository में development process और मज़ेदार visual bugs के बहुत सारे screenshots हैं। इससे सिर्फ rendering के सिद्धांत ही नहीं, बल्कि यह भी अच्छी तरह सीखा कि modern CPU बहुत तेज़ हैं, और single-thread CPU renderer से भी flashy special effects वाले interactive 3D game चलाए जा सकते हैं
    • यह software renderer है, फिर wgpu पर निर्भर क्यों है, यह जानने की जिज्ञासा है
    • Rust में game logic लिखते समय क्या ECS तक जोड़ने की ज़रूरत पड़ती है, यह जानने की जिज्ञासा है
  • यह material और John Vince की Mathematics for Computer Graphics मेरी software renderer बनाने में ज़रूरी थे
    यह LLM से पहले की बात थी, इसलिए कम से कम दो महीने लगे, और ज़्यादातर समय computer graphics की maths समझने और C segmentation faults को trace करने में गया
    • कई महीनों तक रोज़ कितने घंटे काम किया, यह जानने की जिज्ञासा है
  • जानना चाहता हूँ कि क्या Foley और Van Dam की किताब अब भी इस क्षेत्र की प्रमुख reference book है। 2013 में इसका revised edition आया था, लेकिन मैं 2D-केंद्रित 1982 edition से ज़्यादा परिचित हूँ, और उस समय यह computer graphics की canonical किताब जैसी थी
    • मैंने भी उसे बहुत समय से दोबारा नहीं खोला है, और मेरे लिए वह ऐतिहासिक महत्व वाले एक अनोखे encyclopedia के ज़्यादा करीब है
      concepts को refresh करने के लिए यह GitHub lecture note ज़्यादा अच्छा लगा। repository का code style मुझे पसंद नहीं है, और पुराना rasterizer भी बहुत ज़्यादा simple और inefficient है, लेकिन फिर भी Foley की किताब से ज़्यादा पढ़ने योग्य है
    • मैंने भी 2nd edition से सीखा था, और 2013 का latest edition भी मेरे पास है, जो ठीक-ठाक है
      editions बदलने के साथ इस्तेमाल की गई language भी Pascal से C, फिर C और C++ तक बढ़ी, और latest edition में थोड़ा C# भी है। कई नए concepts गायब हैं, लेकिन फिर भी इसमें अब भी काफ़ी मूल्यवान सामग्री है
  • काश software renderer tutorials में कम से कम एक तो triangle clipping को ठीक से कवर करे। किसी practical renderer में, even basic scene में भी जब geometry view frustum को काटती है, तो उसे ज़रूर handle करना पड़ता है, लेकिन निजी तौर पर यही हिस्सा मुझे सबसे कठिन लगता है
    • इस विषय को एक पूरे chapter में कवर किया गया है: https://gabrielgambetta.com/computer-graphics-from-scratch/11-clipping.html
    • triangle clipping सिर्फ तब ज़रूरी होती है जब बहुत बड़े triangles की attribute interpolation महत्वपूर्ण हो; इसके लिए दो तरीके हैं: जल्दी discard करना या primitive को compose करना
      frustum clipping को local tile के point selection से handle किया जा सकता है, और primitive composition में inverse-transformed clipping rectangle को barycentric coordinate system में संभालना आसान होता है। double precision या fixed-point से rounding error नियंत्रित किए जा सकते हैं, और मुख्य कठिनाई नए vertices के Z और 1/Z values को फिर से बनाना है। अगर rasterizer delayed attribute composition वाला है, तो बाकी हिस्सा स्वाभाविक रूप से pipeline से गुजर जाता है, और OpenSWR.org के open source implementation में इसके example देखे जा सकते हैं
    • मैं भी हमेशा “clipping implement करनी है” वाले चरण पर अटक जाता था, लेकिन आखिरकार बिना बड़ी कठिनाई के काम करने वाला code बना लिया, और बाद में पता चला कि मैंने Sutherland–Hodgman algorithm को स्वतंत्र रूप से फिर से खोज लिया था
      सबसे बड़ा मानसिक अवरोध projection space और homogeneous coordinates की अपरिचितता है। clip space की छह planes बस x = ±w, y = ±w, z = ±w हैं, और polygon की हर edge पर चलते हुए दोनों endpoints के अंदर/बाहर होने का निर्णय लेकर boundary intersection की position और vertex attributes को linear interpolation से निकालना होता है। यह प्रक्रिया हर plane पर क्रम से लागू करने पर triangle अधिकतम 9 vertices वाला convex polygon बन जाता है, जिसे आसानी से फिर triangles में बाँटा जा सकता है। outcode को पहले से calculate कर लें तो पूरी तरह अंदर या बाहर मौजूद triangles के clipping step को छोड़ा जा सकता है
      शोधपत्र: https://dl.acm.org/doi/10.1145/360767.360802
  • आधुनिक माहौल में वास्तव में pure C++ जैसी कोई चीज़ नहीं है। 1980s के computers की तरह registers और VRAM में सीधे लिखकर video output नहीं निकाला जा सकता, और अंततः मोटी API, driver और firmware layers के ऊपर बहुत सारे code पर निर्भर रहना पड़ता है
  • 1990s nostalgia में software rendering फिर से आज़मा रहा हूँ, और 2D-style CLUT bank को modern span-sorted triangles और barycentric coordinate techniques के साथ मिला रहा हूँ
    अगर fixed pipeline जैसा रूप बनाए रखें, तो काफ़ी simple drawing functions से भी हैरान कर देने वाली संख्या में triangles process किए जा सकते हैं
  • macOS में OpenMP handling bug मिला, और बहुत लंबे समय बाद इस repository में अपना पहला PR submit किया