tuto_raytrace_compute.cpp

 
#include <cfloat>
#include <cmath>
#include <algorithm>
 
#include "app_time.h"
 
#include "vec.h"
#include "color.h"
#include "mat.h"
 
#include "mesh.h"
#include "wavefront.h"
 
#include "program.h"
#include "uniforms.h"
 
#include "orbiter.h"
 
 
// cf tuto_storage
namespace glsl 
{
    template < typename T >
    struct alignas(8) gvec2
    {
        alignas(4) T x, y;
        
        gvec2( ) {}
        gvec2( const vec2& v ) : x(v.x), y(v.y) {}
    };
    
    typedef gvec2<float> vec2;
    typedef gvec2<int> ivec2;
    typedef gvec2<unsigned int> uvec2;
    typedef gvec2<int> bvec2;
    
    template < typename T >
    struct alignas(16) gvec3
    {
        alignas(4) T x, y, z;
        
        gvec3( ) {}
        gvec3( const vec3& v ) : x(v.x), y(v.y), z(v.z) {}
        gvec3( const Point& v ) : x(v.x), y(v.y), z(v.z) {}
        gvec3( const Vector& v ) : x(v.x), y(v.y), z(v.z) {}
    };
    
    typedef gvec3<float> vec3;
    typedef gvec3<int> ivec3;
    typedef gvec3<unsigned int> uvec3;
    typedef gvec3<int> bvec3;
    
    template < typename T >
    struct alignas(16) gvec4
    {
        alignas(4) T x, y, z, w;
        
        gvec4( ) {}
        gvec4( const vec4& v ) : x(v.x), y(v.y), z(v.z), w(v.w) {}
    };
    
    typedef gvec4<float> vec4;
    typedef gvec4<int> ivec4;
    typedef gvec4<unsigned int> uvec4;
    typedef gvec4<int> bvec4;
}
 
 
struct RT : public AppTime
{
    // constructeur : donner les dimensions de l'image, et eventuellement la version d'openGL.
    RT( const char *filename ) : AppTime(1024, 640) 
    {
        m_mesh= read_mesh(filename);
    }
    
    int init( )
    {
        if(m_mesh.triangle_count() == 0)
            return -1;
        
        Point pmin, pmax;
        m_mesh.bounds(pmin, pmax);
        m_camera.lookat(pmin, pmax);
        
        // utilise un compute shader qui :
        // 1. cree un rayon pour chaque pixel de l'image
        // 2. calcule les intersections du rayon avec tous les triangles. (et garde la plus proche...)
        // 3. ecrit le resultat dans une image.
        
        // il faut donc creer le buffer et la texture, les entrees / sorties du shader
        
        // recupere les triangles du mesh
        // structure declaree par le shader, en respectant l'alignement std430
        struct triangle 
        {
            glsl::vec3 a;
            glsl::vec3 ab;
            glsl::vec3 ac;
        };
        
        std::vector<triangle> data;
        data.reserve(m_mesh.triangle_count());
        for(int i= 0; i < m_mesh.triangle_count(); i++)
        {
            TriangleData t= m_mesh.triangle(i);
            data.push_back( { Point(t.a), Point(t.b) - Point(t.a), Point(t.c) - Point(t.a) } );
        }
        
        // cree et initialise le storage buffer
        glGenBuffers(1, &m_buffer);
        glBindBuffer(GL_SHADER_STORAGE_BUFFER, m_buffer);
        glBufferData(GL_SHADER_STORAGE_BUFFER, data.size() * sizeof(triangle), data.data(), GL_STATIC_READ);
        
        // texture / image resultat
        // cree la texture, 4 canaux, entiers 8bits normalises, standard
        glGenTextures(1, &m_texture);
        glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, m_texture);
        glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0,
            GL_RGBA8, window_width(), window_height(), 0,
            GL_RGBA, GL_UNSIGNED_BYTE, nullptr);
        
        // pas la peine de construire les mipmaps, le shader ne va ecrire que le mipmap 0
        glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAX_LEVEL, 0);
        // oui, c'est une texture tout a fait normale.
        
        // pour afficher l'image resultat, 2 solutions : 
        //      1. utiliser un shader qui copie un pixel de la texture vers un pixel du framebuffer par defaut / la fenetre, 
        //      2. ou copier directement la texture sur le framebuffer par defaut / la fenetre, en utilisant glBlitFramebuffer
        
        // pour changer, on va utiliser glBlitFramebuffer, 
        // mais il faut configurer un framebuffer...
        glGenFramebuffers(1, &m_blit_framebuffer);
        glBindFramebuffer(GL_READ_FRAMEBUFFER, m_blit_framebuffer);
        glFramebufferTexture(GL_READ_FRAMEBUFFER, GL_COLOR_ATTACHMENT0, m_texture, 0);
        // selectionner la texture du framebuffer a copier...
        glReadBuffer(GL_COLOR_ATTACHMENT0);
        
        // compute shader
        m_program= read_program("tutos/M2/raytrace_compute.glsl");
        program_print_errors(m_program);
        
        // nettoyage
        glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, 0);
        glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, 0);
        return 0;
    }
    
    int quit( )
    {
        release_program(m_program);
        glDeleteTextures(1, &m_texture);
        glDeleteBuffers(1, &m_buffer);
        glDeleteFramebuffers(1, &m_blit_framebuffer);
        return 0;
    }
    
    int render( )
    {
        glBindFramebuffer(GL_DRAW_FRAMEBUFFER, 0);
        glViewport(0, 0, window_width(), window_height());
        glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
        
        if(key_state('f'))
        {
            clear_key_state('f');
            // recentrer la camera
            Point pmin, pmax;
            m_mesh.bounds(pmin, pmax);
            m_camera.lookat(pmin, pmax);        
        }
        
        // deplace la camera
        int mx, my;
        unsigned int mb= SDL_GetRelativeMouseState(&mx, &my);
        if(mb & SDL_BUTTON(1))              // le bouton gauche est enfonce
            m_camera.rotation(mx, my);
        else if(mb & SDL_BUTTON(3))         // le bouton droit est enfonce
            m_camera.move(mx);
        else if(mb & SDL_BUTTON(2))         // le bouton du milieu est enfonce
            m_camera.translation((float) mx / (float) window_width(), (float) my / (float) window_height());
        
        // recupere les transformations standards.
        Transform m= Identity();
        Transform v= m_camera.view();
        Transform p= m_camera.projection(window_width(), window_height(), 45);
        Transform im= Viewport(window_width(), window_height());
        // ou Transform im= m_camera.viewport();
        // compose toutes les transformations, jusqu'au repere image
        Transform T= im * p * v * m;
        
        // config pipeline
        glUseProgram(m_program);
        
        // storage buffer 0
        glBindBufferBase(GL_SHADER_STORAGE_BUFFER, 0, m_buffer);
        
        // image texture 0, ecriture seule, mipmap 0 + format rgba8 classique
        glBindImageTexture(0, m_texture, 0, GL_FALSE, 0, GL_WRITE_ONLY, GL_RGBA8);
        // configurer le shader
        program_uniform(m_program, "image", 0);
        
        // uniforms
        program_uniform(m_program, "invMatrix", T.inverse());
        
        // nombre de groupes de shaders pour executer un compute shader par pixel de l'image resultat. on utilise un domaine 2d...
        // le shader declare un groupe de threads de 8x8.
        int nx= window_width() / 8;
        int ny= window_height() / 8;
        // on suppose que les dimensions de l'image sont multiples de 8...
        // sinon calculer correctement le nombre de groupes pour x et y. 
        
        // go !!
        glDispatchCompute(nx, ny, 1);
        
        // attendre le resultat
        glMemoryBarrier(GL_ALL_BARRIER_BITS);
        
        // afficher le resultat
        // copier la texture resultat vers le framebuffer par defaut / de la fenetre
        glBindFramebuffer(GL_READ_FRAMEBUFFER, m_blit_framebuffer);
        
        glBindFramebuffer(GL_DRAW_FRAMEBUFFER, 0);
        glBlitFramebuffer(
            0,0, window_width(),window_height(), 
            0,0, window_width(),window_height(),
             GL_COLOR_BUFFER_BIT, GL_NEAREST);
        
        return 1;
    }
    
protected:
    Mesh m_mesh;
    Orbiter m_camera;
 
    GLuint m_blit_framebuffer;
    GLuint m_program;
    GLuint m_texture;
    GLuint m_buffer;
};
 
    
int main( int argc, char **argv )
{
    const char *filename= "data/cornell.obj";
    if(argc > 1)
        filename= argv[1];
    
    RT app(filename);
    app.run();
    
    return 0;
}