oyunyapimi.org

Dokular (textures) 3 boyutlu uygulamalarda kaplandıkları yüzeye ayrıntı vermek için kullanılırlar. Doku kullanımı ile az poligon sayısına sahip bir modele daha gerçekçi bir görünüm verilebiliyor, dahası normal mapping, bump mapping, specular mapping gibi gelişmiş doku kullanım yöntemleri ile günümüzde bu ayrıntı verme işi oldukça ilerlemiş durumda. Her geçen gün yarattığımız 3 boyutlu dünyalar gerçek hayata yaklaşıyor. Gerçekçilik hissini arttırmak için daha fazla poligon, daha yüksek çözünürlüklü dokular, çok daha fazla doku katmanının beraber kullanımı gibi yöntemlere başvuruluyor. Quake2 zamannda 256x256 olan doku çözünürlüğü yeterli görülürken günümüzde bu çözünürlük en alt seviyelerden birisi olarak kabul ediliyor. Oyunlarda 1024x1024 gibi çözünürlükteki dokuları kullanmak artık standart hale gelmeye başladı bile. Normal map, bump map, specular map, gloss map gibi yüzey gerçekçilik etkisini arttırıcı algoritmalarda kullanılan dokuların da işin içine girmesi ile oyunlarda kullanılan toplam doku miktarı da devasa boyutlara ulaştı.

Donanım üreticileri de tabiki boş durmadılar ve devamlı olarak doku belleğini arttırmaya, ana bellek ile ekran kartı belleği arasındaki yolların hızını ve efektifliğini arttırıcı yöntemleri ve ürünleri piyasaya sürmeye devam ettiler. Günümüzde 256 MB belleğe sahip ekran kartları yok satarken, 512MB belleğe sahip üst modeller piyasada yerlerini aldılar bile. AGP veriyolunun devamlı hızlanması bir yana, PCI Express standardı ile çok daha fazla ve bu defa her iki yönde de çok daha hızlı bir veriyolu elde edildi. Tüm bu donanımsal gelişmelerin yanı sıra yazılımsal olarakta bu gelişmeleri tamamlayan algoritmalar ortaya çıktı. Doku sıkıştırma teknolojisi de işte tam bu noktada önemini gösteren bir yazılım ve donanım yöntemi olarak karşımıza çıkıyor.

Çoğumuzun uygulamalarında kullandığı doku dosyaları diskte sıkıştırılmış bir resim formattında (*.png, *.jpg gibi..) ya da sıkıştırmaya izin vermeyen bir formatta bulunurlar (*.bmp , ve sıkıştırılmadan kullanılan *.tga gibi..).. Bu dokuları kullanmadan önce diskten ana belleğe yüklemek, sıkıştırılmış ise algoritmik olarak ana bellekte açmak (genelde yardımcı resim yükleme kütüphanelerini kullanarak, örn: devIl, libpng, sdl_image) ve daha sonra opengl fonksiyonlarını kullanarak ekran kartının belleğine yüklemek gerekir. Diskte sıkıştırılmış olarak bulunan dosyalar ekran kartının belleğinde ne yazık ki diskte kapladıkları kadar az yer kaplamazlar. Örneğin 1024*1024 çözünürlüğünde ve 32 bit renk derinliğine sahip bir doku, ekran kartının belleğinde 4Mb kadar yer kaplar. Özellikle standart hale gelen mipmap kullanımı ile bellek tüketimi 4Mb nin de üzerinde olmaktadır. Doku sıkıştırma teknolojisinde ise dokular ekran kartı belleğinde algoritmik olarak sıkıştırılmış bir formda tutulurlar, ve ihtiyaç olduğunda kolaylıkla sıkıştırılmamış dokular kadar rahat bir şekilde (bu işe özgü çipler sağolsun..) ve hızlıca kullanılabilirler. Böylelikle devasa boyutta bir bellek kazancı elde edilmiş olur. Aşağıda maddeler halinde sıkıştırılmış doku kullanmanın faydalarını sıraladım:

Doku yükleme aşamasında diskten ana belleğe doku yükleme süresi azalır. Diskte sıkıştırılmış halde bulunan dokular sıkıştırılmamış resim formatındaki dokulara göre (*.bmp gibi) diskte çok daha az yer kapladıkları için yüklenme süreleri azdır. Ayrıca sıkıştırılmış dokuları grafik kartına göndermeden önce sıkıştırılmış resim dosyalarını (*.jpg, *.png gibi..) ana bellekte açma gibi algoritmik bir işlem yapılmadığı için işleyici zamanında da kazanım sağlanmış olur.
Sıkıştırılmış dokular daha az yer kapladıkları için ana bellekten ihtiyaç duyulduğunda grafik kartının belleğine yüklenme süreleri azdır. Sıkıştırılmış doku kullanımı ana bellek ile doku belleği arasındaki veriyolunun verimi arttırır.
Sıkıştırılmış dokular çok daha az doku belleği kullanırlar.

Bu kadar faydalı özellik yanında sıkıştırılmış doku kullanmanın ufak bir istenmeyen etkiside bulunmakta. Dokuları sıkıştırmakta kullanılan algoritmalar genel olarak bir miktar doku kalitesinde eksilmeye yol açarlar. Çoğu durumda bu kalite eksikliği göz ardı edilebilir oranlarda kalmaktadır. Ama yine de en iyisi iki gerçekleştirimide uygulamaya koyup aradaki farkı eksi ve artıları ile karşılaştırmak. [ Bu ] sayfada çeşitli doku sıkıştırma algoritmalarının nVidia donanımında hangi koşullarda nasıl çıktı verdiğine dair güzel bir resimli karşılaştırma var. Ayrıca [ bu ] sayfada da nvidia ve atı donanımlarının sıkıştırma sonuçları karşılaştırılıyor.

Günümüzde neredeyse tüm oyunlar doku sıkıştırmayı bir şekilde kullanıyorlar. Peki biz opengl programlarımızda bu faydalı özelliği nasıl kullanabiliriz. OpenGL 1.2.1 sürümü ile beraber doku sıkıştırma ve sıkıştırılmış dokuları ekran kartına yüklemeye yarayan fonksiyonellik ARB onaylı olarak OpenGL içerisine alındı. Bugün NVidia ve ATI nin ekran kartları ve sürücüleri doku sıkıştırmayı opengl altında desteklemektedirler. GL_ARB_texture_compression ve GL_EXT_texture_compression_s3tc eklentilerini kullanarak doku sıkıştırma fonksiyonelliğine erişebiliyoruz. Uygulamalarımızda 2 şekilde doku sıkıştırmadan faydalanabiliriz. Çalışma zamanında doku sıkıştırma ve önceden sıkıştırılmış dokuları kullanma.

Çalışma Zamanında Doku Sıkıştırma:

Bu kullanım şeklinde diskte bulunan resim dosyalarını eskisi gibi belleğe çekiyoruz. Sıkıştırılmış bir format kullanıyorsak (jpg gibi) bellekte sıkıştırılmamış pixel verilerini elde ediyoruz (bu işi jpeg yükleme kütüphanesi yapacaktır). Daha sonra gluBuild2dMipmaps fonksiyonunu yine eskisi gibi kullanıyoruz, fakat bu sefer kullanımda tek bir parametre fark edecek. 2. parametre olan format parametresine GL_COMPRESSED_RGB_ARB ya da 32 bit texture lar kullanıyorak (alpha kanalı olan texture lar - *.tga gibi..) GL_COMPRESSED_RGBA_ARB değerini vermemiz gerekiyor. Sadece bir parametrenin ismini değiştirerek dokularımızın ekran kartına sıkıştırılmış olarak gönderilmesini ve böyle işlem görmesini sağlamış oluyoruz. Ekran kartı sürücüsü uygun gördüğü sıkıştırma algoritmasını bizim yerimize seçiyor ve kullanıyor.

Önceden sıkıştırılmış dokuları (dds) kullanma:

Bu kullanım şekli ile diskte daha önceden sıkıştırılmış şekilde bulunan dokular direk olarak OpenGL eklenti fonksiyonları kullanılarak grafik kartına gönderilir. Günümüzde sıkıştırılmış dokuları diskte tutmak için yaygın olarak DDS formatı kullanılmaktadır. Bende bu yaygın kullanımdan ötürü verdiğim örnekte dds formatındaki bir sıkıştırılmış dokuyu OpenGL ile grafik kartına yüklemeyi gösterdim. DDS formatı sıkıştırılmış dokuyu S3 firmasının geliştirmiş olduğu S3TC isimli doku sıkıştırma algoritmasını kullanarak içinde bulundurur. Microsoft S3 firmasından teknolojiyi lisanslamış ve DirectX framework üne DXTC (Direct X texture compression technology) olarak gömmüştür. Dolayısı ile bu formattaki dokuları kullanmak için s3tc eklentisini kullanmak gerekecek. Kullanım mantığı ise kısaca şöyle: dds formatındaki dosya diskten ana belleğe alınır. Bu dosyanın header ında bulunan bilgilerden dosyanın kullandığı sıkıştırma formatının türü (DXT1,DXT3 yada DXT5) ve dosyanın boyutları gibi bilgiler öğrenilir. Daha sonra glCompressedTexImage2DARB(...) isimli eklenti fonksiyonu uygun S3 eklenti tanımlamaları (GL_COMPRESSED_RGBA_S3TC_DXT1_EXT gibi) ile beraber kullanılarak sıkıştırılmış doku grafik kartına yüklenir. Bu kullanım şekli çalışma zamanında doku sıkıştırmaya göre bazı avantajlara sahip. Bu avantajları şöyle sıralayabiliriz:

Çalışma zamanında doku sıkıştırma yönteminde diskte bulunan sıkıştırılmış resim dosyasını bellekte açmak için fazladan kod ve işlem zamanı gerekir (bu iş için genelde ekstra bir resim yükleme kütüphanesi kullanılırdı..), DDS formatındaki resim dosyalarını yüklemek ise çok daha kolaydır.
Çalışma zamanında dokuyu sıkıştırmak için grafik kartı sürücüsü sıkıştırma algoritmasını her doku için çalıştırmak zorundadır. Bu da ufakta olsa bir işlem zamanına malolur..
Çalışma zamanında sıkıştırılan dokuların görünümünün son halinden emin olamassınız. Kullanılan generic sıkıştırma algoritması ekran kartı sürücüsünden sürücüsüne ve ekran kartının üretici firmasına (NVidia yada ATI gibi) göre değişebilir, kalitede farklılıklar oluşabilir. DDS dosyalarının kullanımında ise S3TC sıkıştırması kullanıldığı için final resimin görünümden tüm platformlarda emin olursunuz.
Dokuları diskte DDS olarak tutan uygulamalar sıkıştırılmamış resim formatlarında tutan uygulamalara göre (*.bmp gibi..) texture yükleme zamanında oldukça fazla bir hız kazancı sağlarlar. (dokularınızı zaten jpeg, yada png gibi formatlarda diskte tutuyorsanız pekte bir fark göremessiniz.)
Bir DDS dosyasının içine alt mipmap seviyelerine ait görüntüleride istediğiniz gibi düzenleyip koyabilirsiniz. Yada DDS üretici programınızın bu işi otomatik olarak yapmasını da sağlayabilirsiniz.

Bu kadar avantajlı yönünü saydıktan sonra bir dezavantajınada değinmeden geçmeyelim. DDS formatı DirectX tabanlı olduğundan OpenGL ile kullanırken düşey doku koordinatlarını ters çevirmemiz gerekiyor, veya resminizi Y ekseninde ter çevirerekde bu ufak problemin üstesinden gelebilirsiniz.

Sonuç ve Örnek Kod:

Bu yazıda sıkıştırılmış doku kullanımının faydalarını anlattıp OpenGL ile nasıl kullanılabileceğinden bahsettim. Dökümana eşlik eden VC++ 6.0 projesinde yazıda anlattığım kullanım yöntemlerinin uygulamalarını bulacaksınız. Örneği hazırlarken başlangıç noktası olarak NVidia nın sitesinden indirdiğim başka bir örnek projeyi referans olarak kullandım (referans-3). Bu kod üzerinde gereksiz gördüğüm pek çok kısmı çıkarttım, kendime göre değişiklikler yaptım ve daha anlaşılır hale getirmek için açıklama satırları ekledim. Kod GLUT kullanıyor (eğer sisteminizde yüklü değilse gerekli lib,dll ve header ları http://www.xmission.com/~nate/glut.html adresinden yükleyebilirsiniz.), diskten tga dosyasını yükleyip daha sonra bunu çalışma zamanında sıkıştırıyor, ayrıca yine diskten bir dds dosyasını yükleyip direk olarak kullanıyor. Klavyeden 1,2 ve 3 tuşlarına basarak dokunun orijinal, sıkıştırılmış ve dds sıkıştırılmış halleri arasında geçiş yapabilirsiniz. Elimden geldiğince açıklama satırlarına yer verdim. Kodu anlamakta çok problem yaşamayacağınızı düşünüyorum.

DDS dosyalarını pek çok popüler program ile oluşturabilirsiniz. NVidia nın sitesinden Photoshop pluginleri indirilebiliyor. Bu pluginler Paint Shop Pro ile birlikte de kullanılabiliyor. Ayrıca yine NVidia nın sitesinde komut satırında çalışan bir dds converter da bulunuyor. ATI de compressonator isimli kullanışlı bir dds converter hazırlamış. Bu programlara erişmek için gerekli linkleri referanslar bölümünün sonunda bulabilirsiniz.

Son olarak tavsiyem; eğer sıkıştırılmış doku kullanımı ile ciddi olarak uğraşmak istiyorsanız mutlaka referans verdiğim kaynaklara bir göz atın. DDS formatının DXT1, DXT3 ve DXT5 gibi farklı kullanım alanlarına göre geliştirilmiş sıkıştırma algoritması seçenekleri bulunuyor. Doğru formatı kullanmak önemli, mesela alpha kanalı içeren resimlerde DXT1 i kullanmamak gerekiyor. Yine alpha kanalı kullanan resimlerde DXT5 DXT3 e göre daha iyi bir çıktı verirken, DXT3 daha fazla bir sıkıştırma oranı yakalıyor.Yazı ile ilgili tüm öneriler, görüşler ve düzeltmeler için sitemiz forumlarını kullanarak benimle temasa geçmekten çekinmeyin. İyi eğlenceler.

[ VC++ 6.0 örnek proje dosyasını indirmek için tıklayın (90.9Kb)]

Referanslar:

1) Using Texture Compression in OpenGL (by Sebastien Domine):
http://developer.nvidia.com/object/texture_compression_OpenGL.html

2) OpenGL Extension Registry:
http://oss.sgi.com/projects/ogl-sample/registry/ARB/texture_compression.txt
http://oss.sgi.com/projects/ogl-sample/registry/EXT/texture_compression_s3tc.txt

3) Nvidia OpenGL Texture Compression/S3TC sample code:
http://developer.nvidia.com/object/OpenGL_S3TC_tutorial.html

4) Reality Engine Texturing Guidelines:
http://reality.artificialstudios.com/twiki/bin/view/Main/TextureGuidelines

5) DXTC Examples And Technical Comparison:
http://udn.epicgames.com/Two/TextureComparison

DDS gösterici / çevirici ve yardımcı araçlar:

NVidia Photoshop/Paint Shop Pro DDS pluginleri ve çeşitli faydalı DDS araçları:
http://developer.nvidia.com/object/nv_texture_tools.html

ATI Compressonator:
http://www.ati.com/developer/compressonator.html

Mehmet Deniz Aydınoğlu :: 2005 :: www.oyunyapimi.org

[ Geri Dön: OpenGL | Bölümler İndeksi ]