Volume 5 — Grafica 3D

Indice dei capitoli

Il 3D era un volume solo, con OpenGL, Vulkan e Direct3D: 47 capitoli, circa 680 pagine, oltre il limite di 480. Si divide per libreria. Questo volume insegna il 3D da zero con OpenGL, che gira dappertutto e si apre direttamente in un controllo di Avalonia; il volume 6 scende in Vulkan e Direct3D, le interfacce esplicite, e confronta le tre strade con misure vere.

Prima di cominciare ✔

Prefazione · la collana · che cosa serve dei volumi 2, 3 e 4 (il controllo che disegna, il thread del disegno, Skia per le texture e il testo) · la scheda video del libro e come provare senza · le librerie e le licenze.

Parte prima — Il 3D senza librerie

La matematica e la pipeline, prima di qualunque libreria: tutto quello che serve anche ai volumi 6, con System.Numerics e un rasterizzatore scritto a mano.

• V.1 Il 3D in un'applicazione Avalonia ✔ — che cosa si può fare e con che cosa: OpenGL, Vulkan, Direct3D, Metal; come Avalonia mette la scheda video dentro un controllo; i due volumi del 3D e il percorso di lettura.
• V.2 Vettori e matrici con System.Numerics ✔ — Vector3, Matrix4x4, prodotto scalare e vettoriale; l'ordine delle moltiplicazioni (vettori riga di .NET, vettori colonna di GLSL), il primo inciampo di tutti.
• V.3 Trasformazioni e quaternioni ✔ — traslare, ruotare, scalare; angoli di Eulero e il blocco cardanico; Quaternion e l'interpolazione; la gerarchia di oggetti.
• V.4 Telecamera e proiezioni ✔ — la vista, la proiezione prospettica e ortografica; il volume visibile; lo spazio di ritaglio di OpenGL (−1…1) e di Direct3D e Vulkan (0…1); la precisione della profondità.
• V.5 Mesh: vertici, triangoli, normali ✔ — cubo, sfera, cilindro, superficie da una funzione; indici; il verso dei triangoli e la faccia nascosta; normali per faccia e per vertice.
• V.6 Luce e materiali ✔ — Lambert, Phong, Blinn-Phong; luci direzionali, puntiformi, a cono; colori in luce lineare e sRGB.
• V.7 Un rasterizzatore in software ✔ — la pipeline scritta a mano in C# su una bitmap di Skia: trasformare, ritagliare, riempire i triangoli, il buffer di profondità. Lento, misurato, e la scheda video diventa chiara.

Parte seconda — OpenGL

• V.8 OpenGL e la scheda video ✔ — la pipeline programmabile, le versioni, OpenGL ES; ANGLE, il traduttore che Avalonia usa su Windows; che cosa vuol dire «contesto».
• V.9 OpenGlControlBase di Avalonia ✔ — il controllo che apre un contesto: OnOpenGlInit, OnOpenGlRender, OnOpenGlDeinit; su quale thread; GlInterface e Silk.NET.OpenGL sopra lo stesso contesto; il primo triangolo.
• V.10 Buffer e layout dei vertici ✔ — VBO, VAO, EBO; interlacciati o separati; aggiornare i dati senza fermare la scheda video.
• V.11 GLSL ✔ — vertex e fragment shader; compilare, collegare, leggere gli errori; #version per OpenGL e per OpenGL ES; dove finiscono le differenze fra le schede.
• V.12 Uniform, attributi, matrici ✔ — passare la telecamera agli shader; blocchi di uniform; quanto costa cambiarli a ogni oggetto.
• V.13 Texture e campionatori ✔ — caricare con Skia (volume 4), mipmap, filtri, ripetizione; texture sRGB; l'atlante.
• V.14 Luci in GLSL ✔ — Phong e Blinn-Phong per pixel; più luci; materiali; normal map.
• V.15 Profondità, trasparenza, multisampling ✔ — il buffer di profondità, l'ordine degli oggetti trasparenti, l'antialiasing con MSAA; il prezzo misurato di ognuno.
• V.16 Framebuffer e disegno fuori schermo ✔ — disegnare in una texture; post-elaborazione; la foto del 3D per le figure del libro.
• V.17 Instancing ✔ — centomila oggetti in una chiamata; i dati per istanza; misure.
• V.18 Ombre ✔ — la shadow map, i suoi difetti (acne, peter panning) e i rimedi.
• V.19 Compute shader ✔ — OpenGL 4.3, dove c'è: calcolare sulla scheda video; dove manca (ANGLE, OpenGL ES 3.0, macOS fermo a 4.1) e come ripiegare.
• V.20 OpenGL su Windows, Linux e macOS ✔ — ANGLE contro WGL, GLX ed EGL, X11 e Wayland, macOS che lo sconsiglia; le stesse misure su tre sistemi.

Parte terza — Scene vere

• V.21 Telecamera orbitale e interazione ✔ — orbita, zoom, spostamento con mouse, rotella e tastiera; la telecamera che non si capovolge.
• V.22 Modelli OBJ e glTF ✔ — leggere un OBJ a mano; glTF con SharpGLTF: mesh, materiali, texture, gerarchie.
• V.23 Animare oggetti 3D ✔ — fotogrammi chiave, interpolazione con i quaternioni, il passo fisso del volume 3.
• V.24 Picking e ray casting ✔ — dal clic al raggio; intersezione con triangoli e scatole; il colore come identificatore.
• V.25 Testo ed etichette nel 3D ✔ — un atlante di glifi disegnato con Skia; etichette che guardano sempre la telecamera.
• V.26 Misurare il 3D ○ — i tempi della scheda video con le query; RenderDoc per vedere un fotogramma; dove va il tempo.

Progetti

• V.27 Visualizzatore di modelli 3D ✔ — glTF, telecamera orbitale, luci, griglia, selezione.
• V.28 Superficie di misure in tempo reale ✔ — una griglia di dati che cambia 60 volte al secondo, colorata per valore.
• V.29 Grafico 3D scientifico ✔ — assi, tacche ed etichette nello spazio, come i grafici del volume 3.
• V.30 Nuvola di punti ✔ — milioni di punti con l'instancing, selezione con il picking.

Appendici

A. Gli inciampi del 3D ○ · B. Riferimento rapido di OpenGL e GLSL ○ · C. Glossario ○

Stato dei capitoli: ✔ scritto · ✎ in bozza · ○ da scrivere.