и я знаю, что OpenGL, вероятно, имеет свои собственные реализации этого процесса

OpenGL — это просто документ спецификации. На компьютере работает реализация OpenGL, в большинстве случаев являющаяся частью драйвера графического процессора. Фактическая рабочая нагрузка выполняется графическим процессором…

это также происходит с OpenGL из-за процесса «Сканирование-преобразование» вершин, который я прочитал в учебнике по OpenGL.

скорее всего нет. На самом деле, в прошлые выходные я присутствовал на мероприятии Khronos (группа, которая определяет OpenGL), организованном AMD, и один из инженеров AMD по графическим процессорам сетовал на то, что новички имеют в виду алгоритм строки сканирования с OpenGL, Direct3D, Mantel, Vulkan и т. д. , в то время как графические процессоры делают что-то совершенно другое.

2D-массив пикселей, также известный как буфер кадра по умолчанию, который является линейным.

на самом деле расположение пикселей в памяти, используемое внутри графического процессора, не является линейным (то есть построчным), а следует шаблону, который обеспечивает эффективный локализованный доступ. Для линейного доступа графические процессоры имеют чрезвычайно эффективные механизмы копирования, которые обеспечивают практически нулевые накладные расходы на преобразование между внутренним и линейным форматами.

Однако точная компоновка, используемая внутри, — это деталь, которую знают только инженеры графического процессора. Но тот факт, что память организована не линейно, а локально, также является одной из причин того, что традиционный алгоритм растровой строки не используется графическими процессорами.

Итак, мне интересно, если это так, как проецирование 3 вершин треугольника определяет, какие пиксели покрыты стороной?

Допускается любой метод, удовлетворяющий требованиям спецификации OpenGL. Детали являются частью реализации OpenGL, т. е. обычно представляют собой комбинацию конкретной модели графического процессора и версии драйвера.

Алгоритм сканирования — это то, что люди делали в программном обеспечении еще в 1990-х годах, до появления современных графических процессоров. Разработчики графических процессоров довольно быстро поняли, что алгоритмы, которые вы используете для программного рендеринга, сильно отличаются от алгоритмов, которые вы бы реализовали в реализации СБИС с миллиардами транзисторов. Алгоритмы, оптимизированные для аппаратной реализации, имеют тенденцию выглядеть довольно чуждыми любому, кто так или иначе имеет опыт работы с программным обеспечением.

Еще одна вещь, которую я хотел бы прояснить, это то, что OpenGL ничего не говорит о том, «как» вы визуализируете, это просто «что» вы визуализируете. Реализации OpenGL могут делать это так, как им заблагорассудится. Мы можем узнать «что», прочитав стандарт OpenGL, но «как» скрыто в секретах, хранимых производителями графических процессоров.

Наконец, прежде чем мы начнем, статьи, на которые вы ссылаетесь, не связаны между собой. Они о том, как работает ультразвуковое сканирование.

Что мы знаем о преобразовании сканирования?

• Преобразование сканирования имеет в качестве входных данных ряд примитивов. Для наших целей предположим, что все они треугольники (что в наши дни становится все более верным).

• Каждый треугольник должен быть обрезан секущими плоскостями. Это может добавить к треугольнику до трех дополнительных сторон, в худшем случае (превратив его в шестиугольник). Это должно произойти перед перспективной проекцией.

• Каждый примитив должен пройти перспективную проекцию. Этот процесс берет каждую вершину с однородными координатами (X, Y, Z, W) и преобразует ее в (X/W, Y/W, Z/W).

• Фреймбуфер обычно организован иерархически в плитки, а не линейно, как это делается в программном обеспечении. Кроме того, обработка может выполняться более чем на одном иерархическом уровне. Причина, по которой мы используем линейную организацию в программном обеспечении, заключается в том, что для вычисления адресов памяти в иерархической структуре требуются дополнительные циклы. Однако реализации СБИС не страдают от этой проблемы, они могут просто подключить биты в регистре так, как они хотят сделать из него адрес.

Таким образом, вы можете видеть, что в программном обеспечении плитки «сложны и медленны», но в аппаратном обеспечении они «просты и быстры».

Некоторые примечания к руководству R5xx:

Серия R5xx определенно старая (2005 г.), но документация доступна в Интернете (ищите «R5xx_Acceleration_v1.5.pdf»). В нем упоминаются два преобразователя сканирования, поэтому конвейер выглядит примерно так:

primitive output -> coarse scan converter -> quad scan converter -> fragment shader

Преобразователь грубой развертки, по-видимому, работает с более крупными плитками настраиваемого размера (от 8x8 до 32x32) и имеет несколько выбираемых режимов, режим «на основе перехвата» и «на основе ограничивающей рамки».

Затем четырехканальный преобразователь берет выходные данные преобразователя грубой развертки и выводит отдельные четверки, которые представляют собой группы из четырех отсчетов. Значения глубины для каждого квадроцикла могут быть представлены в виде четырех дискретных значений или уравнения плоскости. Уравнение плоскости позволяет быстро отбросить весь четырехугольник, если соответствующий четырехугольник в буфере глубины также указан как уравнение плоскости. Это называется «ранняя Z» и является обычной оптимизацией.

Затем фрагментный шейдер работает с одним четырехугольником за раз. Квадрат может содержать сэмплы за пределами треугольника, которые затем будут отброшены.

Стоит еще раз отметить, что это старая видеокарта. Современные видеокарты сложнее. Например, R5xx не позволяет даже сэмплировать текстуры из вершинных шейдеров.

Если вам нужна еще более радикально другая картина, поищите реализации графического процессора PowerVR, в которых используется так называемый «отложенный рендеринг на основе тайлов». Эти современные и мощные графические процессоры оптимизированы для низкой стоимости и низкого энергопотребления, и они бросают вызов многим вашим предположениям о том, как работают средства визуализации.

Цитата из GPU Gems: Параллельная сумма префиксов (сканирование) с CUDA, описывается как OpenGL выполняет преобразование сканирования и сравнивает его с CUDA, что, я думаю, достаточно для ответа на мой вопрос:

До внедрения CUDA несколько исследователей реализовывали сканирование с использованием графических API, таких как OpenGL и Direct3D (дополнительную информацию см. в Разделе 39.3.4). Чтобы продемонстрировать преимущества CUDA перед этими API для вычислений, таких как сканирование, в этом разделе мы кратко опишем эффективную реализацию OpenGL с инклюзивным сканированием Sengupta et al. (2006). Их реализация представляет собой гибридный алгоритм, который выполняет настраиваемое количество шагов сокращения, как показано в алгоритме 5. Затем он запускает версию алгоритма сканирования суммы с двойной буферизацией, ранее показанную в алгоритме 2, для результата шага уменьшения. Наконец, он выполняет развертку вниз, как показано в алгоритме 6.

Пример 5. Шаг сокращения алгоритма сканирования OpenGL

1: for d = 1 to log2 n do 
2:     for all k = 1 to n/2 d  – 1 in parallel do 
3:          a[d][k] = a[d – 1][2k] + a[d – 1][2k + 1]]
Example 6. The Down-Sweep Step of the OpenGL Scan Algorithm

1: for d = log2 n – 1 down to 0 do 
2:     for all k = 0 to n/2 d  – 1 in parallel do 
3:          if i > 0 then 
4:             if k mod 2 U2260.GIF 0 then 
5:                  a[d][k] = a[d + 1][k/2]
6:             else 
7:                  a[d][i] = a[d + 1][k/2 – 1]

Вычисление сканирования OpenGL реализовано с использованием пиксельных шейдеров, и каждый массив a[d] представляет собой двумерную текстуру на графическом процессоре. Запись в эти массивы выполняется с помощью рендеринга в текстуру в OpenGL. Таким образом, каждая итерация цикла в алгоритме 5 и алгоритме 2 требует чтения одной текстуры и записи в другую.

Основными преимуществами CUDA по сравнению с OpenGL являются встроенная общая память, функциональность синхронизации потоков и разбросанная запись в память, которая не подвергается воздействию пиксельных шейдеров OpenGL. CUDA делит работу большого сканирования на множество блоков, и каждый блок полностью обрабатывается на кристалле одним мультипроцессором, прежде чем какие-либо данные будут записаны во внешнюю память. В OpenGL все обновления памяти являются внешними обновлениями памяти. Таким образом, пропускная способность, используемая реализацией OpenGL, намного выше, и, следовательно, производительность ниже, как показано ранее на рис. 39-7.