Vinilo nº1:(VINYL01C.TXT):11/09/1999 << Back To Vinilo nº 1

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Breve Introducción a la Programación de Super VGA con VESA (1.2 y 2.0) en Modo Real & DPMI by Konstantin Zahar (koza@mindless.com) ─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────── UN POCO DE HISTORIA ─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────── Al principio todo era frío, sin vida, eran tiempos del CGA, del EGA con sus flamantes 16 colores, del Hercules (HGC, muy famoso, snif), y otras muchas otras tarjetas no estandares que todavía se pueden ver en las viejas BYTE, pero eran pensadas para aplicaciones profesionales como AutoCAD. $IBM$ tenía que dar el paso, trás el desatre comercial de la PS/2 sobrevivió algo bueno, el VGA, que con sus primeros 64k podía ofrecer 320x200x256c y 640x480x16c. Se popularizo, se difundió, la nueva regla surgía quien hizo una importante contribución fue Michael Abrash, que nos regaló los Modos X, principalmente permitían usar todos los 256k, hacer scroll por hardware, y alcanzar nuevas resoluciones. El modo X tiene una propiedad caracteristica, que dependiendo el tipo de programa que uno haga puede buena o mala, el acceso a la memoria dividido por planos. Pero bueno... los fabricantes empezaron a escabiar y surgieron las primeras tarjetas SuperVGA, descendientes de aquellas viejas no estandares, solo que ahora soportaban el VGA, pero además le añadian caracteristicas extras, como más resolucion & colores. El problema con ellas es que no estan diseñadas bajo un estandar, cada una de ellas se programa de diferentes formas, si uno quiere usar una resolución SuperVGA, tiene que hacer varias versiones de sus rutinas para cada uno de los chipsets mas famosos, así que una agrupación llamada Video Electronics Standars Association (VESA) creó un estandar para todas las plaquetas SVGA llamado VESA BIOS Extension (VBE). Esta pequeña introducción es solo eso, una pequeña introducción, no voy a hablar de las funciones VESA del DAC, ni del Scroll, ni de modos de video de más de 256 colores ni del Paginado. Asumo que sabés ASM, y la parte de DPMI esta escrita como si usaras DOS4G/W, no es dificíl transladarlo a otro DOS extender, pero tené en cuenta que aca la memoria baja esta mapeada en la propia pagina de mem de nuestro programa (O sea, segmento A000h== offset A0000h), la parte "dificíl" de DPMI es alojar los bufferes en la memoria baja. Si se te cuelga, probá agrandando un poco el stack. Yo programo habitualmente en C++, así que mi escritura esta sumamente influenciada por él, acostumbrensé. ─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────── CONOCIENDO VESA VBE. ─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────── Las principales versiones de VBE son la 1.2 y la 2.0, lo mejor es que nuestro programa soporte ambos, por eso recomiendo que cuando uno vaya a ponerse a programar lo haga con los dos estandares impresos y a mano. El VBE es una extensión de la int 10h, el codigo puede estar en la ROM de la placa (O shadow RAM si es que esta activa), o en la RAM, esta última manera se logra cargando un TSR como el UniVBE. Cuando querés acceder a VBE, (Desde ahora lo nombraré como VESA, que aunque es incorrecto, me gusta más su sonido) tenés que poner AH=4Fh (Para distinguir del viejo Video BIOS) y en AL el numero de función que querés, luego haces un int 10h y listo (o no tan listo). El retorno en AX tiene siempre el mismo significado para todas las func's.: AL == 4Fh La función esta soportada. AL != 4Fh La función no esta soportada. AH == 00h La función se realizó con exito. AH == 01h La función falló. AH == 02h El software soporta esta función, pero el hardware no. AH == 03h La llamada a la función es invalida en el videomode actual. Está de más decir que hay que controlar estos valores, principalmente en las llamadas a las funciones 00h==Return SVGA Info, 01h==Return SVGA Mode Info y 02h==Set SVGA Mode. Bueno, lo primero que hay que hacer es detectar si VESA esta presente, pidiendole que nos de la info acerca de la SVGA instalada. Esto es facíl si se trabaja en modo Real, pero se complica si es con DPMI: ────────────────────────────── ──────.00h-Return Super VGA Information.────── ────────────────────────────── ─── Modo Real ─── * Alojo un buffer de 256 bytes. * Pongo en AX 4F00h, (Elijo Función). * Pongo ES:DI apuntando al Buffer que había alojado. * INT 10h * Si AX != 4Fh entonces VESA no está presente (Ouch!). * --UTILIZO LA INFORMACION DEL BUFFER, VER MAS ABAJO (@)-- * Libero el buffer. ─── DPMI ──────── * AX=100h (Funcion de DPMI "Allocate Buffer in Real Mem") * BX=16 (16*16==256 bytes que le pido) * INT 31h (DPMI int) * Si la flag C esta seteada, entonces "Error:no hay suficiente mem baja." * En AX me devolvio el segmento real para pasarle a la func VESA * En DX me devolvio el selector, para acceder desde mi prog. * Ahora tengo que usar la siguiente estructura RMI (Real Mode Interrupt) (primero ponerla toda a 0), y pasarsela luego al DPMI, el DPMI llenará los registros con el contenido de esta struct y con esos valores llamará a la int 10h: DWORD EDI DWORD ESI DWORD EBP DWORD Reservado DWORD EBX DWORD EDX DWORD ECX DWORD EAX = 4f00h (Función VESA 00h) WORD flags; WORD ES = El Segmento Retornado Anteriormente por el DPMI host WORD DS,FS,GS,IP,CS,SP,SS * AX=300h (func DPMI "Simulate Real Mode Interrupt") * BX=10h (le digo al DPMI que int quiero que llame) * CX=0 * Pongo ES:EDI apuntando a RMI (ES=DS por supu) * INT 31h (DPMI int) * Lo que devuelve la int 10h se encuentra en RMI, o sea: si RMI.EAX!= 4Fh entonces VESA no está presente (Arghh!). * --UTILIZO LA INFORMACION DEL BUFFER, VER MAS ABAJO (@)-- * AX=101h (func DPMI "Deallocate Real Mem Buffer"). * Pongo DX igual al Selector que me había retornado antes. * INT 31h (DPMI int) * Si la flag C esta seteada entonces no pudo desalojar el buffer de mem baja. ───────────────────────────────── ──────Utilizando la Info que nos dio VESA────── (@) ───────────────────────────────── Bueno, ya lo hicimos, ahora...Que hay en el buffer que me llenó VESA?? Rta. Esto: VBEInfoBock: BYTE VESAsignature[4] ;Debe contener 'VESA' WORD VESAversion ;Version de VESA DWORD OEM_ptr ;Puntero a una string de OEM BYTE Capacidad[4] ;Capacidades de el video actual (pa' DAC) DWORD Vmode_ptr ;Puntero a los modos SVGA soportados BYTE MemTotal ;Numero de bloques (64k) de mem en el video /* Lo de abajo solo en VESA 2.0 para adelante */ WORD OEM_Software_Rev_ptr ;Revision de la implementación por soft DWORD OEM_Vendor_Name_ptr ;Nombre del Vendedor DWORD OEM_Product_Name_ptr ;Nombre del Producto DWORD OEM_Product_Rev_ptr ;Revision del Producto BYTE Reservado[222] ;Reservado (todos los _ptr son punteros a una stringz en la memoria real (-Vmode_ptr)) ATENCION: En VESA 2.0 el tamaño de esta estructura es de 512 bytes, o sea que si la queremos usar como tal (2.0), debemos en los pasos anteriores alojar un buffer de 512 bytes en vez de 256, y poner en VESAsignature, antes de llamar a la func 00h, 'VBE2', con esto le indicamos que es un buffer de 512, pero igualmente no le veo mucho sentido el hacerlo. De esta estructura yo solo le encontre utilidad a los siguientes miembros: * VESAversion: Aca nos fijamos con que versión estamos laburando, ya sabés, si es menor a la 2.0 olvidate de usar Linear Frame Buffer y Window's con llamadas en modo p. (Si no sabés lo que es esto, más abajo lo explico). El byte alto de esta word es el numero mayor de la version (1 en V1.2, 2 en V2.0), en el bajo esta el numero menor (2 en V1.2, 0 en V2.0), NO hagan como los retardados de Micro$$$oft que en el MSD se equivocaron, interpretaron 0102h como si fuera VESA 1.02, cuando en realidad es 1.2. * Vmode_ptr: Este puntero apunta a los modos de video soportados por esta placa, los modos estan descriptos por una WORD (Más adelante explicaré que modos hay) y la lista termina con un -1 (0FFFFh). * MemTotal: Cuando nuestro programa esta preparado para un modo de video especifico, ya sabemos de antemano cuanta memoria tiene que tener como minimo la placa para que nuestro prog funke, con esto podemos largar el mensaje "Error: No hay suficiente memoria en la placa de video para modo....", aca esta el numero de bloques de 64k que tiene la placa. Bueno, ahora el siguiente paso depende del diseño de nuestro prog, si lo hicimos para que acepte varias resoluciones y/o colores, entonces nos tenemos que fijar en la lista de modos disponibles, y elegir el que más nos guste o darle al usuario a que elija (El maldito lamo es quien manda!), pero también pudimos hacerlo para una sola resolución, entonces ya sabemos que numero corresponde a nuestro modo de video... ─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────── PEDIR INFO DE EL MODO DE VIDEO QUERIDO ─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────── Voy a suponer que nuestro prog siempre usa una resolución de 640x480x256c, que es el estandar que ahora se esta imponiendo. Cada modo de video en VESA tiene un numero correspondiente (Word) asociado, el numero se forma así: Bit 0 a 8 = Numero de modo, si Bit 8 == 0, no es un modo VESA si Bit 8 == 1, si es un modo VESA Bit 9 a 13 = Reservado /*** Lo de abajo a partir de VESA 2.0 ***/ Bit 14 = Linear Frame Buffer (LFB) 0 == Usar VGA Frame (64k) 1 == Usar LFB Bit 15 = Preservar la Memoria de video en el cambio de Modo 0 == No 1 == Si ────Algunos modos de video de ejemplo──── 100h 640x400x256c 101h 640x480x256c 102h 800x600x16c 103h 800x600x256c 104h 1024x768x16c 103h 1024x768x256c RECORDAR: No necesariamente que sea definido por VESA significa que la tarjeta de video soporta ese modo, especialmente el modo 100h puede no estar en muchas placas, además depende de la memoria. Bueno, o sea que 101h es el alias de 640x480x256c, entonces tenemos que pedirle más información a VESA, esta vez, la info especifica de el modo que queremos setear. Voy a poner como se pide esta informacion, que es algo similar a lo que se había hecho con la función 00h, pero ahora voy a obviar la parte de alojar el buffer en la memoria real, en realidad, como también es de 256 bytes, yo me manejo con el mismo buffer que había alojado al principio, o sea que lo que puse antes de dealojar el buffer pueden retirarlo. ───────────────────────────── ──────.01h-Return VBE mode Information.────── ───────────────────────────── ─── Modo Real ─── * Alojo un buffer de 256 bytes (YA HECHO en la func 00h). * Pongo en AX 4F01h (Elijo Función). * Pongo en CX 101h (Numero de Modo de Video). * Pongo ES:DI apuntando al Buffer que había alojado. * INT 10h * Si AL != 4Fh entonces algo falló (caracoles!). * Si AH != 00h entonces esta placa no soporta este modo de video (ay!). * --UTILIZO LA INFORMACION DEL BUFFER, VER MAS ABAJO (#)-- * Libero el buffer (AHORA SI). ─── DPMI ──────── * Ya aloje el buffer en la llamada a la anterior función. * En la struct RMI (primero la pongo a 0), pongo los siguientes valores: DWORD EDI DWORD ESI DWORD EBP DWORD Reservado DWORD EBX DWORD EDX DWORD ECX = 101h (Modo de Video) DWORD EAX = 4f01h (Función VESA 01h) WORD flags; WORD ES = El Segmento Retornado Anteriormente por el DPMI host WORD DS,FS,GS,IP,CS,SP,SS * AX=300h (func DPMI "Simulate Real Mode Interrupt") * BX=10h (le digo al DPMI que int quiero que llame) * CX=0 * Pongo ES:EDI apuntando a RMI (ES=DS por supu) * INT 31h (DPMI int) * Lo que devuelve la int 10h se encuentra en RMI, o sea: si RMI.EAX & 0x000000FF != 4Fh entonces algo falló (Rayos y Centellas!). si RMI.EAX & 0x0000FF00 != 00h entonces esta placa no soporta este modo de video (Rechanfle!). * --UTILIZO LA INFORMACION DEL BUFFER, VER MAS ABAJO (#)-- * Dealojo el Buffer tal como explique en la función 00h ──────────────────────────────────── ──────Utilizando la Info de el Modo de Video────── (#) ──────────────────────────────────── Aca esta la struct: VesaModeInfoBlock: /* Obligatorios en toda VESA */ WORD ModeAttributes ;Atributos del Modo BYTE WinAAttributes ;Atributos de la Win A BYTE WinBAttributes ;Atributos de la Win B WORD WinGranularity ;Granularidad de la Win WORD WinSize ;Tamaño de la Win WORD WinASegment ;Segmento de la Win A (Casi siempre A000) WORD WinBSegment ;Segmento de la Win B (Casi siempre A000) DWORD WinFuncPtr ;Puntero a la funcion de cambio de Win WORD BytesPerScanLine; ;Bytes por Scanline /* Obligatorios desde VESA 1.2 */ WORD XResolution ;Resolucion horizontal en pixeles o chars WORD YResolution ;Resolucion vertical en pixeles o chars BYTE XCharSize ;Ancho de la cell de caracter en pixeles BYTE YCharSize ;Alto de la cell de caracter en pixeles BYTE NumberOfPlanes ;Numero de planos BYTE BitsPerPixel ;Bits por pixel BYTE NumberOfBanks ;Numero de bankos BYTE MemoryModel ;Tipo de memoria BYTE BankSize ;Tamaño del banko en Kb BYTE NumberOfImagePages ;Numero de paginas BYTE ReservedP ;Reservado /* Campos de Direct Color */ BYTE RedMaskSize ;Me cansé de traducir cosas que no usas BYTE RedFieldPosition ;Me cansé de traducir cosas que no usas BYTE GreenMaskSize ;Me cansé de traducir cosas que no usas BYTE GreenFieldPosition ;Me cansé de traducir cosas que no usas BYTE BlueMaskSize ;Me cansé de traducir cosas que no usas BYTE BlueFieldPosition ;Me cansé de traducir cosas que no usas BYTE RsvdMaskSize ;Me cansé de traducir cosas que no usas BYTE RsvdFieldPosition ;Me cansé de traducir cosas que no usas BYTE DirectColorModeInfo ;Me cansé de traducir cosas que no usas /* Obligatorios desde VESA 2.0 */ DWORD PhysBasePtr ;Direccion Fisica del LFB DWORD OffScreenMemOffset ;Puntero a la 2da pagina del LFB WORD OffScreenMemSize ;Tamaño de lo que queda de Mem BYTE Reserved[206] ;Reservado Vamos a ver algunos campos de estos: * ModeAttributes: Atributos del Modo de video, los más importantes bits: Bit 0 = Modo soportado por el hard (0==NO, 1==SI) Bit 6 = Modo de Window's o Bank soportado (0==SI, 1==NO) Bit 7 = Linear Frame Buffer disponible (0==NO, 1==SI) * WinAAtributes & WinBAtributes: Atributos de las Windows A y B (Explicación de lo que es una window más abajo). Bit 0 = Soportada (0==Una sola Window 1==Varias Windows) Bit 1 = Leible (0==NO, 1==SI) Bit 2 = Escribible (0==NO, 1==SI) * WinGranularity: La Granularidad de la Win, o sea, cual es el salto minimo que puede pegar (Brutal description). * WinASegment & WinBSegment: Segmento de cada una de las windows, casi siempre es en A000, pero igualmente puede ser otro segmento (como C000). * WinFuncPtr: Puntero a la memoria real para usar la función de cambio de Windows. Este puntero provee una interfase más directa con la función VESA 05h, porque como es llamada intensivamente en algunos programas, para reducir el overhead que provoca hacer la int 10h, igualmente esto es solo en caso de que haya soporte para Window's y que estemos trabajando en modo Real, porque desde DPMI no creo que sea posible hacerlo, y si lo es, sería muy inestable y lento. * PhysBasePtr: Direccion Fisica del LFB, este es el numerito mas preciado cuando vamos a usar LFB, esto es lo que necesitamos para setearlo, es la direccion FISICA de memoria, luego tendremos que mapearla en nuestro espacio de mem para usarla. Seguramente están perdidos con dos cosas, Que significan Window's y que es el LFB, bueno, son los 2 metodos que implementa VESA para poder acceder a toda la memoria de video. Porque por ejemplo, el modo que estamos usando (640x480x256c==101h) ocupa 300k, cuando en la VGA queriamos usar todos los 256k teniamos que acudir al Modo X y mediante cambio de planos y cambio del Start Adress podíamos hacerlo. Esto es por supuesto, por la antigua limitación de la familia x86 de segmentos de 64kb, bueno, cuando trabajamos en modo real seguimos teniendo esa limitación, así que hay que acudir a las window's, pero si estamos en modo protegido (Bajo un host DPMI en este caso) podemos usar el LFB, que es algo asi como con el viejo modo 13h, pero en vez de los 64kb que tenía de tamaño (en realidad 62.5kb), va a tener el tamaño que necesite, tal como 300k para 640x480x256c. OjO: Nuestro programa aunque este hecho con DPMI, tiene que seguir soportando las Window's, porque hay placas de video que no soportan el LFB (como una Trident 8900 vieja que tengo). Por supuesto, como ya dije antes, para usar LFB tiene que estar el VESA 2.0, y siempre que este, preferirlo usar antes que las lentas Window's. ─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────── SETEAR Y USAR MODO DE VIDEO CON BANKED MODE (WINDOWS) ─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────── ────────────────────────── ──────.02h-Set Super VGA video mode.────── ────────────────────────── ─── Modo Real & DPMI Seteo de Video ───── * AX = 4F02h (Función 02h de VESA) * BX = 101h (Modo de Video) * INT 10h * Revisar lo que retorna en AX para ver si funco bien. Bueno, ahora ya estamos en el modo de video 101h con Window's. QUE ES UNA WINDOW O BANK??: Es el metodo para acceder más allá de los 64kb normales que tiene el segmento en modo real y poder escribir en toda la memoria de la placa de video. Leemos y Escribimos en el segmento de la win, (El que usualmente es 0A000, a menos que en el campo WinASegment o WinBSegment (dependiendo la win), tenga otro valor). Antes de hacer nada con una window, nos tenemos que fijar si esta soportada y si es escribible, leible o ambas cosas. Puede haber 1 o 2 Win's, la A y la B, puede ser que una sea escribible pero no leible, y la otra sea leible pero no escribible, entonces cuando se vaya realizar una operación en la memoria de video, habrá que elegir la win que corresponda, en el caso de las placas que yo uso, hay una sola window escribible y leible en A000. Ahora bien, la posición de la win es lo que debemos variar para ir "mirando por la ventana de 64k" diferentes partes de los 300k que estamos usando, ejemplo: (0,0) .---------------------------------------------.-- Pos 0 de la Win | | |_____________________________________________|__ Pos 1 de la Win | | |_____________________________________________|__ Pos 2 de la Win | | |_____________________________________________|__ Pos 3 de la Win | | |_____________________________________________|__ Pos 4 de la Win | | | | '---------------------------------------------' (640,480) Vamos a suponer que nuestra win tiene una granularidad de 64k, la granularidad significa por que numero tengo que multiplicar la posición para que me de la dirección en bytes en la pantalla real. Por ejemplo, los segmentos de la ram en modo real tienen una granularidad de 16 bytes, porque el segmento 0 representa 0 bytes desde el comienzo, y el segmento 1 representa 16 bytes desde el comienzo. Aca es lo mismo, nada más que en vez de 16 bytes son 64k, pero puede variar, en algunas placas son 4k, tenemos que tener muy en cuenta el campo WinGranularity del VesaModeInfo. Si queremos acceder a un pixel, supongamos el (300,200), tenemos que calcular ((200*640)+300), y tenemos el offset, ahora hay que cambiar la posición de la Win para que "veamos" esa parte, la posición de la win se calcula dividiendo el resultado anterior por WinGranularity(64k), ponemos la win en esa posición y usamos el byte que esta a partir de A000 más el resto que nos haya dado la anterior división. Siempre teniendo en cuenta que si vamos a escribir, usar una win escribible y si vamos a leer, una leible. Como habrán adivinado, hay que diseñar el prog para que haga la cantidad menor de cambios de posición, ya que es un cuello de botella. Para cambiar la posición de la Win: ──────────────────────── ──────.05h-Display Window Control.────── ──────────────────────── ─── Modo Real & DPMI Window Control ───── * AX = 4F05h (Función 02h de VESA) * BH = 00h (SubFunción Set Memory Window) * BL = Win (00h para WinA y 01h para WinB) * DX = Posición (En Unidades de granularidad(ej. 0,1,2,3 o 4)) * INT 10h ─── Consideraciones especiales en Modo Real ─── Lo más conveniente y absolutamente recomendable cuando se trabaja en Modo Real es usar el puntero a la función 05h que vino en el ModeInfo (WinFuncPtr) para cambiar la posición de la Win, o sea: * AX = 4F05h (Función 02h de VESA) * BH = 00h (SubFunción Set Memory Window) * BL = Win (00h para WinA y 01h para WinB) * DX = Posición (En Unidades de granularidad) * Far Call a WinFuncPtr (En vez de int 10h) ─── Consideraciones especiales en DPMI ─── En DPMI no se puede usar el puntero directo a la función 05h, y el llamar a las interrupciones es aún más lento que en el modo Real. Por eso si usamos DPMI siempre tenemos que fijarnos si hay posibilidad de hacer el LFB que es más rapido. Igualmente existe una manera de llamar directamente a la función de cambio de Win, mediante otra función de VESA 2.0(0Ah), que nos devuelve el codigo y nosotros lo copiamos en nuestra zona de memoria, y le hacemos un call ahí. Este metodo no lo voy a explicar porque en este momento hice la prueba (Bajo Watcom C++ DOS4GW) y salta un error de page fault, así que tengo que volver a revisar el codigo a ver que es lo que anda mal. Igualmente si alguien tiene codigo de como hacerlo, agradecería que me lo pasase, también el codigo de LFB, porque aunque me anda perfecto, es algo que no lo ví en ningún lado y me las rebusqué, por eso quiero saber si esta bien hecho. ────────────────────────────────────────────────────────────────────────────── SETEAR Y USAR MODO DE VIDEO CON LINEAR FRAME BUFFER (LFB) (Only DPMI & VESA 2) ────────────────────────────────────────────────────────────────────────────── Usar y entender el LFB es mucho más facíl y rapido que con las Windows, lo único que hay que hacer es mappear el LFB en nuestra memoria, mediante una llamada a DPMI y luego setear el modo de video con VESA especificandole el modo con LFB. Cuando salimos del programa, o no usamos mas el LFB, lo tenemos que desmappear de nuestra memoria con otra llamada a DPMI. ────── Mapear el LFB en nuestra Memoria ────── * AX = 0x800; (Subfunc DPMI "Physical Address Mapping") * BX:CX = PhysBasePtr; * SI:DI = Tamaño del LFB (640*480) * INT 31h * Si FlagC esta seteada entonces Error * Nos retorno en BX:CX el offset en nuestra memoria del LFB! ────────────────────────── ──────.02h-Set Super VGA video mode.────── ────────────────────────── ─── DPMI Seteo de Video ───── * AX = 4F02h (Función 02h de VESA) * BX = 4101h (Modo de Video (Notar que bit 14 esta activo==LFB)) * INT 10h Listo!, ahora tenemos toda la mem que necesitamos de la placa de video en el LFB, para calcular el offset se hace ((y*640)+x) y lo sumamos al offset del LFB y ya podemos cambiar o leer ese byte. Es exactamente igual que tener un modo 13h pero con 300k, y por supuesto no hay que andar haciendo ES=0A000h, porque ya esta en el segmento de nuestra pagina de memoria, o sea que solo es un offset más (Las ventajas de la arquitectura 386). Esta de más decir que LFB rulz!!. Cuando no usamos más el LFB hay que hacer (OjO: solo DPMI 1.0+): ────── Desmapear el LFB en nuestra Memoria ────── * AX = 0x801 (Subfunc DPMI "Free Physical Adress Mapping") * BX:CX = Offset del LFB en nuestra Mem * INT 31h (DPMI int) ────────────────────────────────────────────────────────────────────────────── MAS ALLA DE VESA ────────────────────────────────────────────────────────────────────────────── ─── VESA AUDIO ─── No tengo mucha información sobre esto, aunque creo que ya salió la primera versión del estandar. Es como el VBE pero para audio, o sea que vamos a poder controlar todas las tarjetas de sonido de la misma forma, una muy buena idea, pero no tengo más info, solo algo que leí por ahí. ─── VESA ACELLERATOR INTERFASE ── Las placas como la S3 tienen funciones especiales como BitBlt, dibujo de poligonos y otras. Con este nuevo proyecto de VESA las podremos aprovechar, aumentando la rapidez de nuestros programas al usar func's por Hardware, sin importar que placa sea la instalada. ─── LAST WORDS ─── Así como dijo Cascarudo Pimentón (Capussotto) una vez, "No te dejes caer en la tentación de la burguesía", no te dejes seducir por la facilidad de DirectX, si podes usar la alta resolución en DOS, y V ESA AUDIO, y con VESA ACELLERATOR, Cartón lleno y a sembrar la anarquía!!!!. btw: este articulito lo escribi hace bocha de tiempo.. el error que tenia ya lo solucione.. pero ahora vieja.. (/MODE stone on), la onda es usar todo Linux y GGi (www.ggi-project.org) ya fue dos.. ya fue windoze.. linux a phuel (iiiiiiii!). ─────────────────────────────── by KoZa/jSD - koza@mindless.com ─────────────────────────────── Jinetes de Sizthole & Diazthole for SuDAMERiKaR7 zine #1 ─────────── KeeP THe MiND oPeN! ................................ !=)"%?=·" @#.art_001_006 --------------------------------------------------------------------------- MODELO DE ILUMINACION DE PHONG --------------------------------------------------------------------------- una introducción por: FAC / Delabu Alama --------------------------------------------------------------------------- A muchos coders (incluyéndome a mi) nos ha pasado algo como lo siguiente: acabamos de programar una super rutina que dibuja alrededor de 8 millones de polígonos con sombreado gouraud en alta resolución (bueno, la mía no era tan rápida :). Y para probar la rutina usamos nuestro objeto 3D favorito (torus, duck, chrmface). Y es entonces cuando vemos que el sombreado gouraud no era todo lo que esperábamos: el objeto se ve opaco, no hay highlights, y si el objeto no tiene suficientes caras, se producen esas horribles bandas de tonos que hacen ver que gouraud no es otra cosa mas que una interpolación LINEAL. Si es ese el caso, entonces lo mas probable es que se esté usando una paleta con un gradiente lineal, por ejemplo, la típica paleta gris que todos hemos usado: for (i = 0; i < 64; i++) { palette[i].red = i; palette[i].green = i; palette[i].blue = i; } Ese tipo de paletas están bien para hacer pruebas, pero en un demo o en un juego hay que usar paletas mas interesantes. Y una forma de generarlas es usando el modelo de iluminación de Phong. Quiero que quede claro que NO estoy hablando de sombreado Phong. Ese tipo de sombreado es todavía muy lento. Solamente voy a indicarles cómo arreglar sus paletas para que el sombreado gouraud se vea mas como sombreado Phong (en objetos con suficientes caras). También veremos que el modelo de iluminación de Phong puede ser usado para generar paletas para otros efectos, como partículas o fuego. La Ecuación de Phong ---------------------- La forma correcta de explicar esto es con vectores, sin embargo, en este documento no pienso usar vectores debido a que no es necesario a menos de que se piense programar un trazador de rayos o algo con sombreado phong *real*. La otra razón es que no tengo que hacer dibujos de vectores en ASCII. Bueno, cuando la luz llega a una cara de un objeto 3D, el ángulo entre el vector de iluminación y la normal de los vértices está entre 0 y 90 grados (suponiendo que la luz está del lado visible de la cara). Si usamos una paleta con un gradiente linear, como la escala de grises que vimos hace un momento, obtenemos una relación lineal entre el ángulo y la cantidad de iluminación. Una gráfica se vería mas o menos así: iluminación |* | * | * | * | * | * | * | * --------------------- ángulo Y es por eso que no obtenemos un reflejo especular (highlight) en nuestro toro. Un "highlight" se produce cuando una región relativamente pequeña del objeto refleja una gran cantidad de luz. Fuera de esa región, la iluminación decae rápidamente. Esa región es en donde la luz llega directamente, es decir, que el ángulo entre el vector de iluminación y la normal de los vértices es muy pequeño. Por lo tanto, en la vida real, la gráfica ángulo/iluminación debería verse así: iluminación |** | ** | * | * | * | * | * | * --------------------- ángulo Esta gráfica es muy parecida a la gráfica del coseno entre 0 y 90 grados. Ahora, en algunos objetos (por ejemplo, objetos metálicos), la intensidad de la luz decae mas rápidamente, por lo que la gráfica anterior debería verse mas estrecha (pero siempre de 0 a 90 grados): iluminación |** | ** | * | * | * | * | ** | *** --------------------- ángulo (traten de imaginarse la gráfica porque mi ascii es una m**rda) Bueno, la iluminación en el modelo Phong se forma a partir de tres componentes, las cuales al sumarse nos producen gráficas como las anteriores. Esas componentes son: - Luz Ambiental: Esta luz se produce por reflexiones en todas direcciones, por lo tanto está en todos lados. Esta componente solo se suma a las demás. - Luz Difusa: Esta es la luz reflejada por el objeto, así que esta componente es la que hace que el objeto se vea verde, azul o de cualquier otro color. El término difuso se obtiene a partir del producto punto entre el vector de iluminación y las normales del objeto, por lo tanto, éste es el término que produce la seguna gráfica que vimos, y por si no lo han adivinado: usaremos la función coseno para calcularlo. - Luz Especular: Este es el término que genera el "highlight". También se calcula usando el coseno, pero elevado a alguna potencia. Eso es lo que hace la gráfica mas estrecha. Ahora solamente tenemos que juntar todos los términos. Vamos a usar tres coeficientes: para iluminación ambiental, difusa y especular, y al final obtenemos una fórmula como ésta: Iluminación = Ka + Kd * cos(ang) + Ks * pow(cos(ang), N) donde: Iluminación es la cantidad de luz reflejada para algún ángulo Ka es el coeficiente de iluminación ambiental Kd es el coeficiente de reflexión difusa Ks es el coeficiente de reflexión especular ang es el ángulo entre (que creen?) la normal y el vector de la luz N es el parámetro de reflexión especular, que controla el tamaño y la intensidad del reflejo especular (en otras palabras, nos dice qué tan estrecha es la gráfica ángulo/iluminación). Ka, Kd, Ks y N son constantes para algún objeto dado. Jugando con estos valores podemos hacer que el objeto cambie de color, que se vea mas brillante, mas opaco, mas oscuro, metálico, plástico, etc... Ahora, todo lo que hay que hacer es un ciclo para llenar la paleta. Dentro del ciclo variamos el ángulo desde 90 hasta 0 (debido a que usualmente los primeros colores de la paleta son los mas oscuros), calculamos la iluminación para cada ángulo y usamos ese valor para obtener los valores RGB de la paleta. Por ejemplo, en C-udocódigo: angle = 90; for (i = 0; i < 90; i++) { ambient = Ka; diffuse = Kd * cos(angle); specular = Ks * pow(cos(angle), N); Illumination = ambient + diffuse + specular; palette[i].red = Illumination; palette[i].green = Illumination; palette[i].blue = Illumination; angle--; } Por supuesto que la rutina anterior no funciona muy bien. Primero, no queremos objetos grises únicamente, así que tenemos que usar coeficientes distintos para cada componente RGB, lo cual nos da un total de 9 coeficientes. El parámetro N es el mismo para las tres componentes RGB. Y por supuesto, tenemos que convertir los grados a radianes, o dicho de otra forma, hacemos variar el ángulo desde Pi / 2 hasta cero. También debemos poder usar cualquier rango de colores de la paleta. El ejemplo anterior solamente usaba los colores del 0 al 89, lo cual no es muy común. Incluso podríamos tener varios degradados de Phong en la misma paleta. Aquí hay una mejor versión de la función anterior. No es muy difícil de entender, pero la escribí para que la puedan copypastear directamente en sus programas. Ya conocen las reglas: si la usan, denme crédito... typedef unsigned char TPalette[256][3]; void PaletaPhong( double Ra, double Rd, double Rs, double Ga, double Gd, double Gs, double Ba, double Bd, double Bs, int N, TPalette pal, int start, int range) { double diffuse, specular; int red, green, blue; double angle = 3.14159265 / 2.0; double angle_step = (3.14159265 / 2.0) / (double)range; for (int i = 0; i < range; i++) { diffuse = Rd * cos(angle); specular = Rs * pow(cos(angle), N); red = Ra + diffuse + specular; diffuse = Gd * cos(angle); specular = Gs * pow(cos(angle), N); green = Ga + diffuse + specular; diffuse = Bd * cos(angle); specular = Bs * pow(cos(angle), N); blue = Ba + diffuse + specular; if (red > 63) red = 63; if (green > 63) green = 63; if (blue > 63) blue = 63; pal[start + i].[0] = red; pal[start + i].[1] = green; pal[start + i].[2] = blue; angle -= angle_step; } } Notas: - Ra, Rd, Rs, Ga, Gd, Gs, Ba, Bd, Bs deben estar entre 0 y 63 - entre mas grande es N, el "highlight" será mas pequeño y brillante - start es el primer índice de la paleta que será usado - range es el número de colores que se usarán en el degradado - pal es la paleta destino Qué sigue? ---------- Bueno, ahora los objetos 3D se verán mucho mejor, pero las paletas generadas con el modelo Phong se pueden usar en otras cosas. Yo las he usado en sistemas de partículas, efectos de fuego y motion blur, transparencia e incluso para mapeo de textura con sombreado. Un efecto interesante es hacer que la iluminación difusa sea de un color completamente distinto que la iluminación especular. Optimizando un poco la rutina anterior (precalculando cosenos, etc), se pueden hacer morphings de paleta con solo variar algunos coeficientes y recalculando la paleta en cada frame. De esta forma se pueden obtener cambios de colores, flashazos y otros efectos de iluminación. También se puede usar el modelo phong en modos hicolor o truecolor, por ejemplo, la rutina para modos de 16 bits podría ser así: // 16 bit hicolor, 5/6/5 unsigned short colorarray[256]; void PaletaPhong( mismos parámetros que la otra función ) { angle = Pi / 2.0; angle_step = Pi / 2.0 / 256.0; for (i = 0; i < 256; i++) { /* calcula aquí las componentes RGB */ if (red > 31) red = 31; if (green > 63) green = 63; if (blue > 31) blue = 31; colorarray[i] = (red << 11) | (green << 5) | blue; } } y luego hay que hacer la rutina que dibuja los polígonos de la misma forma que si se usara una paleta de 256 colores, es decir, interpolando un valor entre 0 y 255. Solamente que ese valor lo usamos para buscar en la tabla colorarray y de ahí obtenemos el color de 16 bits. De hecho, así es exactamente como funciona en realidad la paleta. De esta forma se pueden obtener objetos sombreados con 256 tonos, y además, el método es relativamente rápido. El programa de ejemplo ---------------------- Junto con este documento incluyo un programa que hice hace algun tiempo en Turbo Pascal para mostrar el modelo de iluminación Phong. (Chequiar PHONG.ZIP, incluido dentro de este .ZIP). Para usarlo simplemente hay que seleccionar el valor a modificar con las flechas arriba/abajo, y con las flechas izquierda/derecha podrán modificar el valor seleccionado. Para salir del programa opriman ESC. En la parte superior de la pantalla se puede ver el degradado que se genera al modificar los parámetros. Noten que la luz ambiental ilumina toda la escena, no solamente el objeto. Esto se puede usar para hacer degradados de un color a otro. Final ----- Bueno, espero que esto les ayude a crear mejores paletas. Si el código presentado aquí, o el documento les ha sido útil, me gustaría saberlo y/o obtener algún reconocimiento dentro de sus programas. También me gustaría conocer sus opiniones, correcciones y mejoras acerca de este documento. Pueden hacerlo por e-mail a: fac@slp1.telmex.net.mx shadowfac@hotmail.com y también pueden encontrarme en IRC, en el canale #coders de Undernet. Y finalmente, para todos aquellos que estan aprendiendo las bases de la programación de demos y gráficos, pueden obtener mis tutoriales de los siguientes lugares: http://members.xoom.com/delabualama/tutorial.html http://www.hornet.org/code/tutors/graphics http://galia.fc.uaslp.mx/~ganzo/prog/tutorial.html --------------------------------------------------------------------------- FAC / Delabu Alama ------------------------------------------------------------------------------- ENGLISH VERSION: ~~~~~~~~~~~~~~~ --------------------------------------------------------------------------- PHONG ILLUMINATION MODEL --------------------------------------------------------------------------- an introduction by: FAC / Delabu Alama --------------------------------------------------------------------------- So, you just made your super-cool ultra-fast gouraud polygon filler that draws about 275451973 triangles per second and you're just like: "Yo, Gouraud looks real cool, but hey, this isn't exactly what I expected. My f*ck*ng torus looks like plastic! Where's the highlights? WTF????????" Well, if that's the case, then you're probably setting up your palette with a linear gradient, like this boring gray palette: for (i = 0; i < 64; i++) palette[i] = RGB(i, i, i); and unless you *really* want your objects to look like fake plastic, you got to get rid of that line up there and start using the phong model. Please note here that I AM NOT talking about Phong shading. I'll just tell you how to set up your palette to make Gouraud look more like Phong, (although you can do *real* phong shading using the linear palette). And you will also see that the Phong illumination model can be used to set up palettes for other effects, like particles or fire. The Phong Equation -------------------- I won't explain this using vectors (i.e.- the right way) because it's no use unless you're doing raytracing or complex graphics rendering, ...and because this way, I don't need to make no ASCII vector drawings. When light hits one face of a 3D object, the angle between the light vector and the face's normal is in the range from 0 to 90 degrees. And when you do something like the fake plastic grey palette up there, you get a linear relation between angle and illumination that looks like this: illumination |* | * | * | * | * | * | * | * --------------------- angle And that's why you got no highlight in your torus. A highlight is made when a small region of your object gets a big deal of light, making it very shiny. Outside that region, the light decays very quickly. That region is the part of your object that have a small angle (between the light vector and the object's normals). So, in the real life, if you remember, the illumination/angle graphic looks a little like this: illumination |** | ** | * | * | * | * | * | * --------------------- angle Which is supossed to be exactly the graph of a cosine function for angles between 0 and 90 degrees. Now for shiny objects, the light intensity decays faster, so the above graphic looks kinda narrower. You better try to imagine it cuz I won't make any other stupid ASCII chart :) Now, there's three types of components in the phong model: - Ambient light: This light is supposed to be everywhere, so it's just added to the other components. - Diffuse light: This is light reflected by the object, so this is actually what makes the object look green or purple or whatever color you choose. This term comes from a dot product between the light vector and the object normal, so as you might have guessed, this term is nothing but the graphic above, and we'll calculate it using the cosine function. - Specular light: This is the term that generates the highlight. It has a cosine form too, but to some power, so its graphic can be made wider or narrower. We're almost done. Now all we need is to put all this stuff together. We will use three coefficients, for ambient, diffuse and specular light, so we obtain a formula like this: Illumination = Ka + Kd * cos(angle) + Ks * (cos(angle)) ^ N where: Illumination is the amount of light reflected at some angle Ka is the ambient light coefficient Kd is the diffuse reflection coefficient Ks is the specular reflection coef... blah angle is the angle between (guess what) the normal and the light N is the specular reflection parameter, which controls how big and shiny the specular highlight is (or how narrow the specular graphic is). Ka, Kd, Ks and N are constant for a given object. Changing these will make the object look shinier, darker, metal-looking, plastic-looking or whatever you want. You can play with these values until you think your objects look cool enough. Now, all you have to do is make a loop, give angle values from 90 to 0 degrees (because the palette is usually set up from darker to brighter), calculate the illumination for each angle and use it to set up the palette RGB values. Here's an example in C-udo code: angle = 90; for (i = 0; i < 90; i++) { ambient = Ka; diffuse = Kd * cos(angle); specular = Ks * pow(cos(angle), N); Illumination = ambient + diffuse + specular; palette[i].red = Illumination; palette[i].green = Illumination; palette[i].blue = Illumination; angle--; } Of course, this doesn't work quite well yet. First, we don't want only gray objects, so we need to use different coefficients for each RGB component, that makes 9 coefficients. The N parameter is the same for red, green and blue. And of course, real languages use radians, not degrees, so the range will be from Pi/2 to 0. Another thing is that the last example uses palette colors from 0 to 89 and people won't want to stick to that range, so it would be cool to use any palette range we want. Here's a better version of the function. It's not any difficult to figure it out, but I wrote it here for all of you copypasters. You know the rules, you use it, you credit me... void MakePhongPal( double Ra, double Rd, double Rs, double Ga, double Gd, double Gs, double Ba, double Bd, double Bs, unsigned int N, TPalette pal, int start, int range) { double diffuse, specular; int red, green, blue; double angle = 3.14159265 / 2.0; double angle_step = (3.14159265 / 2.0) / (double)range; for (int i = 0; i < range; i++) { diffuse = Rd * cos(angle); specular = Rs * pow(cos(angle), N); red = Ra + diffuse + specular; diffuse = Gd * cos(angle); specular = Gs * pow(cos(angle), N); green = Ga + diffuse + specular; diffuse = Bd * cos(angle); specular = Bs * pow(cos(angle), N); blue = Ba + diffuse + specular; if (red > 63) red = 63; if (green > 63) green = 63; if (blue > 63) blue = 63; pal[start + i].red = red; pal[start + i].green = green; pal[start + i].blue = blue; angle -= angle_step; } } Notes: - Ra, Rd, Rs, Ga, Gd, Gs, Ba, Bd, Bs must be <= 63 - the bigger N is, the smaller and brighter the highlight be - start is the first palette index to be used by the phong palette - range is the number of colors used - pal is the destination palette... change this to fit your stuff What else? ---------- Well, now your objects will look much better, but the phong model can be used for other cool stuff. I have used it to generate palettes for fire effects and they look more real than the usual lineal gradient. Particle systems look nicer too with this model, specially when the highlights are a different color than the diffuse light. If you optimize the above routine a little (like precalculating cosines and stuff) you can make some real nice palette morphings by just changing the coefficients. Try changing an object from plastic to metal look. You can also use the phong model in hicolor modes, like 16 bit or 24 bit. Just make an array like this: // for 16 bit hicolor, 5/6/5 model unsigned short colorarray[256]; void MakePhongPal ( same parameters as above ) { angle = Pi / 2.0; angle_step = Pi / 2.0 / 256.0; for (i = 0; i < 256; i++) { (calculate the red, green and blue components) if (red > 31) red = 31; if (green > 63) green = 63; if (blue > 31) blue = 31; colorarray[i] = (red << 11) | (green << 5) | blue; } } and make you gouraud filler just the same, that is, interpolating one "color" value, then use that value as an index to the colorarray which contains the 16 bit phong color. You'll get a nice 256-color shaded gouraud object. Well, I haven't tried this myself, but I think it works and it's fairly fast. If you make it work, I'll be glad to see it. The example program (PHONG.ZIP) ------------------- I included with this doc an example program that I made about more than a year ago to show how the phong model works. It was made in Turbo Pascal but it uses basically the same function I gave you. You can use it to play with the coefficient values and the N parameter. You just use the up/down arrows to place the white bar in the parameter you want to change and the left/right arrow to change it's value. Esc exits at any moment. In the upper part of the screen you can see how the palette changes when you vary the parameters. Note that the ambient light adds light to all the scene, not just the object. This can be used to do cool gradient palettes from one color to another (i.e.- use blue ambient with red diffuse + specular), which can be used for other effects. Final words ----------- Well, I hope this helps you make nicer palettes. If you use the code presented here or you think this document was useful, I'd love to be greeted in your programs, or by e-mail at least. I'd also like to hear your opinions/improvements/corrections about this document. You can email me at: fac@slp1.telmex.net.mx shadowfac@hotmail.com and you can find me at #coders at UNDERnet and sometimes at IRCnet. And for all spanish speakers who are learning the basics, you can get my tutorials from the Hornet archive, in /code/tutorial/graphics or something like that. Thank youse ----------- --------------------------------------------------------------------------- FAC / Delabu Alama _ _ _ _ _ _ _ _ _ /'` `'\ /'` `'\ /'` `'\ /'` `'\ /'` `'\ /'` `'\ /'` `'\ /'` `'\ /'` `'\ ' '' '' '' '' '' '' '' \, ,/``\, ,/``\, ,/``\, ,/``\, ,/``\, ,/``\, ,/``\, ,/``\, ,/ ` ` ` ` ` ` ` ` `