Traitements pr´eliminaires : tri des primitives

L’ensemble des processus de rendu d´ebute par le processus « Triangle » qui initialise au plus N triangles. Le traitement des triangles est donc soumis `a la r´eorganisation des primitives (manipul´ees par l’application s’ex´ecutant sur le processeur hˆote) en structures atomiques manipulables par notre op´erateur de rendu. La figure 7.12illustre le cas d’un sous-maillage impactant une tuile ainsi que la d´ecoupe (arbitraire) en deux atomes dans le cas o`u N = 8. Nous pr´esentons une structure de donn´ees qui permet de d´ecrire ces

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Fig._{7.12 – Sous-maillage impactant une tuile. Le choix de 8 triangles par atome conduit} en un d´ecoupage en deux atomes de ce sous-maillage : les diff´erences de ton indiquent ces atomes.

7.3.1.1 Structure de donn´ees : la liste graphique

La structure de donn´ees effectue l’interface entre le processeur et le circuit d´edi´e au traitement unifi´e de la vid´eo et de la synth`ese graphique. Elle doit donc ˆetre transparente au type de traitement `a effectuer. De plus, outre les primitives graphiques, cette structure doit contenir les informations de configuration du pipeline de traitement.

Afin de respecter les probl`emes de s´emantiques de la composition d’image, nous choisissons une structure de donn´ees hi´erarchique. Cette structure contient pour chaque tuile la liste ordonn´ee des objets graphiques (objets vid´eo ou 3D) qui doivent ˆetre trait´es lors du parcours de cette tuile : nous la d´enommerons ainsi « liste graphique ». Cette liste doit ˆetre interpr´et´ee par le coprocesseur pour d´eterminer la nature des donn´ees et les traitements `a ex´ecuter.

Les atomes que nous avons introduits permettent de faciliter cette interpr´etation et de maˆıtriser les ressources n´ecessaires pour le mat´eriel : nous constituons cette liste `a l’aide de sous-structures atomiques de taille fixe dont le temps de traitement sera fixe (ou au minimum born´e). Dans le cas d’un objet vid´eo, ces atomes permettent de d´efinir la texture, la position ainsi que les informations permettant de calculer la transformation g´eom´etrique de cet objet. Dans le cas d’objets graphiques, les atomes doivent permettre de d´efinir la texture appliqu´ee. En raison de la similitude des informations de texture dans le cas vid´eo et synth`ese graphique, une seule structure est mise en place pour d´ecrire une texture. La description des au plus N triangles constitue ´egalement un tel atome dans le cas d’objets graphiques.

7.3.1.2 Cr´eation de la liste graphique

La cr´eation de cette liste graphique constitue la premi`ere ´etape d’une applica- tion graphique ou vid´eo. Plus particuli`erement, il convient, pour chaque triangle, de d´eterminer le plus pr´ecis´ement les tuiles qu’il impacte.

D´etermination exacte

La d´etermination exacte des tuiles impact´ees n’est pas adapt´ee. En effet, elle revient `a effectuer un balayage complet du triangle ou, tout au moins, `a parcourir l’ensemble des cˆot´es des triangles : une tuile n’est-elle pas un pixel de grande taille ? Pour cela, les calculs exacts d’intersection des cˆot´es et des lignes de tuiles doivent ˆetre men´es. Ex´ecut´es principalement en repr´esentation flottante, ces calculs requi`erent une puissance de calcul incompatible avec la volont´e de soulager le cœur de microprocesseur des traitements graphiques.

D´eterminations approch´ees

Une m´ethode simple de d´etermination des tuiles impact´ees par un triangle consiste dans le calcul de la boˆıte entourante. Cette m´ethode allie rapidit´e et faible puissance

de calcul. Cependant, des triangles n’impactant pas une tuile peuvent ˆetre identifi´es par cette m´ethode, induisant ainsi un surcoˆut, que nous avons d´ej`a ´evoqu´e, lors du traitement des triangles contenus dans cette liste.

Nous avons compar´e cette premi`ere m´ethode avec une m´ethode dichotomique ne calculant pas explicitement la division n´ecessaire lors du calcul exact d’intersection. Cette m´ethode d´ecoupe chaque cˆot´e d’un triangle en deux cr´eant ainsi quatre sous-triangles. La r´ecursivit´e de cet algorithme est arrˆet´ee lorsque la boˆıte entourante atteint un seuil limite ou qu’elle est contenue dans une unique rang´ee.

La figure7.13pr´esente les diff´erentes tuiles identifi´ees par un triangle pour chacune des m´ethodes pr´ec´edentes.

Méthode dichotomique (semi−exacte) Boîte entourante Tuiles impactées

Fig. _{7.13 – Tuiles impact´ees par un triangle.}

Nous avons impl´ement´e ces deux derni`eres m´ethodes sur un microprocesseur ARM afin d’´evaluer leurs performances respectives. Pour cela, nous avons utilis´e la sc`ene « Ba- din ». La taille et la bonne conformation des triangles n’ont pas permis `a la m´ethode dichotomique de faire la preuve de l’efficacit´e de son identification. Notre impl´ementation de cet algorithme n´ecessite 3,7 Minst pour une image. Quant `a la m´ethode de la boˆıte entourante, elle ne n´ecessite que 1,6 Minst dans une impl´ementation directe. De plus, connaissant les identifiants des triangles d’une image `a l’autre, une d´etermination des tuiles impact´ees exploitant la coh´erence entre images est possible : la liste graphique est alors mise `a jour en ne consommant que 1,0 Minst. La figure 7.14 rel`eve, pour les 80 premi`eres images d’une s´equence de visage anim´e, le nombre d’instructions n´ecessaires pour mettre `a jour cette liste graphique par la m´ethode de la boˆıte entourante.

Cependant, une API comme OpenGL n’identifie par directement les primitives d’une sc`ene `a l’autre. En envisageant une extension de marquage explicite des primitives, la mise `a jour diff´erentielle de la liste graphique est alors compatible avec des contraintes de puissance de calcul r´eduite pour assurer le temps r´eel. De plus, l’accroissement de complexit´e pour l’augmentation d’efficacit´e contrast´ee que nous avons pu constater ne justifie pas, en logiciel, l’emploi d’une m´ethode dichotomique qui, le cas ´ech´eant, pourra profiter d’une ´eventuelle impl´ementation mat´erielle. Ainsi, un triangle marque toutes les tuiles recouvertes partiellement par sa boˆıte entourante. Enfin, le surcoˆut qu’engendre la d´etermination de triangles non-impactant reste limit´e : au niveau de la liste graphique, cet impact est liss´e par la valeur N du nombre de triangles repr´esentables dans un atome ; au niveau du traitement de cet atome, cet impact ne d´epend que de la mani`ere dont les traitements sont effectu´es.

moyenne (1,03) Nb Instructions No_Frame N b In st . (× 10 6 ) 80 70 60 50 40 30 20 10 0 2.4 2.2 2 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2

Fig._{7.14 – Nombre d’instructions n´ecessaires pour mettre `a jour la liste graphique.}