TRATAMENTO EFICIENTE DE VISIBILIDADE ATRAVÉS DE ÁRVORES DE VOLUMES ENVOLVENTES. Mauricio Hofmam

Transcrição

1 TRATAMENTO EFICIENTE DE VISIBILIDADE ATRAVÉS DE ÁRVORES DE VOLUMES ENVOLVENTES Mauricio Hofmam

2 Objetivo Apresentar um estudo do uso de volumes envolventes para determinar os conjuntos de polígonos potencialmente visíveis, pertencentes a um modelo tridimensional

3 Objetivo (cont.) Avaliar o desempenho de diversos tipos de volumes envolventes Propor formas de estruturar modelos de engenharia numa hierarquia para diminuir os cálculos necessários para os testes de visibilidade

4 Características Desejáveis de uma Técnica de Cálculo de Visibilidade Generalidade Portabilidade Melhora significativa do desempenho da aplicação

5 Cena Virtual objetos geométricos luzes câmeras auxiliares componentes mecânicos sistemas de partículas organização

6 Organização de Cenas Industriais De acordo com: O projeto de engenharia Dependências entre objetos (transformações de instanciação) Os atributos de aparência Técnicas para a solução de questões de visibilidade Uma combinação dessas associações

7 Estruturação do modelo para tratamento de visibilidade Uso de critérios de proximidade e de quantidade mínima e máxima de entidades por nível Montagem manual Montagem automática Aglomerados (de baixo para cima) Árvore-kd adaptativa (de cima para baixo) Árvore-R estática (de baixo para cima)...

8 Árvore-kd adaptativa

9 Árvore-R Estática

10 Árvore-R Estática - Curvas de Hilbert

11 Árvore-R Estática - Curvas de Hilbert

12 Volumes Envolventes

13 Volume de Visão

14 Polígono Oclusor

15 Árvores de Volumes Envolventes de Modelos Dinâmicos Soluções imediatas: calcular e usar os volumes envolventes somente para níveis da árvore do modelo a partir dos quais não haja mais movimento recalcular grosseiramente os volumes envolventes desatualizados Soluções Propostas Sentinelas x posição preferencial Uso de envoltórias de movimento para calcular os volumes envolventes dos nós superiores Indexação espacial de dois níveis

16 Sentinelas e Posição Preferencial

17 Envoltória de movimentos

18 Envoltória de movimentos

19 Hierarquia Dupla

20 Resumo da Técnica Criar uma organização de entidades apropriada na cena (grafo de cena) Calcular os vários tipos de volumes envolventes para cada nó do grafo Testar recursivamente contra o volume de visão e contra os oclusores o volume envolvente apropriado de cada nó do grafo até que um nó seja eliminado ou termine em uma folha que será desenhada Redução do número de triângulos e do número de cálculos nos testes de visibilidade

21 Seleção do Volume Apropriado Depende de: Custo de se testar um determinado volume Como a cena será visualizada Elaboração de uma estratégia de teste adequada Opções: Um único volume Menor volume Menor volume ponderado Aspecto do objeto

22 Razões de Aspecto

23 Critérios de Seleção

24 Modelos testados Modelo abstrato 48 objetos com a faces Total de faces Duração: 60 seg

25 Modelos testados Plataforma objetos com 2 a 3000 faces Total de faces Duração: 133 seg 1 oclusor

26 Modelos testados Plataforma objetos com 2 a faces Total de faces Duração: 80 seg

27 Esfera mínima X esfera que envolve a caixa alinhada com os eixos Plataforma 01 - Triângulos submetidos Esfera mínima Esfera-cae

28 Esfera mínima X esfera que envolve a caixa alinhada com os eixos Plataforma 01 - Testes de descarte Esfera mínima Esfera-cae

29 Esfera mínima X esfera que envolve a caixa alinhada com os eixos Plataforma 01 - Quadros por segundo Esfera mínima Esfera-cae

30 Desempenho de cada volume envolvente Modelo abstrato - Triângulos submetidos

31 Desempenho de cada volume envolvente Modelo abstrato - Triângulos submetidos Esferas Menor volume envolvente

32 Desempenho de cada volume envolvente Modelo abstrato - Testes de descarte Esferas Menor volume envolvente

33 Desempenho de cada volume envolvente Modelo abstrato - Quadros por segundo Esferas Menor volume envolvente

34 Desempenho de cada volume envolvente Plataforma 01 - Triângulos submetidos Esferas Menor volume envolvente

35 Desempenho de cada volume envolvente Plataforma 01 - Testes contra o volume de visão Esferas Menor volume envolvente

36 Desempenho de cada volume envolvente Plataforma 01 - Testes contra o oclusor Esferas Menor volume envolvente

37 Desempenho de cada volume envolvente Plataforma 01 - Quadros por segundo Esferas Menor volume envolvente

38 Desempenho de cada volume envolvente Plataforma 02 - Triângulos submetidos Esferas Menor volume envolvente

39 Desempenho de cada volume envolvente Plataforma 02 - Testes de descarte Esferas Menor volume envolvente

40 Desempenho de cada volume envolvente Plataforma 02 - Quadros por segundo Esferas Menor volume envolvente

41 Triângulos submetidos Plataforma Caixas Cápsulas Cilindros Esferas Pastilhas Aspecto Volume Volume Pond

42 Testes de descarte Plataforma Caixas Cápsulas Cilindros Esferas Pastilhas Aspecto Volume Volume Pond

43 Quadros por segundo Plataforma Caixas Cápsulas Cilindros Esferas Pastilhas Aspecto Volume Volume Pond

44 Organizações: Funcional X Árvore-kd 4 Plataforma Hierarquia Funcional de Engenharia Árvore-kd 4

45 Organizações: Árvore-r X Árvore-kd Plataforma 02 Árvore-r Árvore-kd adaptativa 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 Caixas Cápsulas Cilindros Esferas Pastilhas Aspecto Volume Volume Pond Caixas Cápsulas Cilindros Esferas Pastilhas Aspecto Volume Volume Pond 2 ramos 4 ramos 8 ramos 16 ramos

46 Conclusões Os resultados obtidos dependem da complexidade dos objetos gráficos A eficiência de um tipo de volume envolvente depende da sua capacidade de eliminar triângulos não visíveis Apesar dos cálculos de descarte consumirem pouco tempo de processamento é necessário esforço para minimizar o número desses cálculos A árvore-kd e a árvore-r estática, tradicionalmente usadas em indexação espacial, se mostraram boas estruturas para a organização de modelos tridimensionais para visualização interativa O critério de agrupamento funcional do projeto de engenharia se mostrou menos eficiente As esferas mostraram ser o volume envolvente menos eficiente para os cálculos de descarte

47 Principais contribuições A proposta de organização do grafo de cena em uma hierarquia de dois níveis, de forma que tanto objetos estáticos (ou vinculados) como objetos em movimento possam ser acomodados em uma estrutura hierárquica eficiente O estudo comparativo de volumes envolventes para o descarte de objetos não visíveis A proposta de uso de técnicas de indexação espacial para a organização de modelos tridimensionais para visualização interativa A avaliação da eficácia de se calcular volumes mínimos em vez de volumes apenas bem ajustados

48 Trabalhos Futuros Pesquisar a determinação dos oclusores compensadores e formas de combiná-los e de proceder os testes Investigar os custos de se atualizar a estrutura de modelos não determinístico e avaliar em que condições vale a pena recalcular volumes durante o curso da simulação Experimentar outras formas de organização de cena para compará-las às usadas nesta dissertação Experimentar a subdivisão de modelos com objetos complexos e o uso de volumes envolventes para testes de visibilidade com essas frações Explorar a coerência temporal da simulação para reduzir a média suposta de 3,5 planos testados para cada descarte

49 Trabalhos Relacionados Algoritmos para cálculo de volumes envolventes Técnicas para organização e indexação espacial Métodos para determinação de visibilidade algoritmos de remoção de superfícies ocultas algoritmos de descarte, que detectam e descartam partes não visíveis de um modelo

50 Determinação de Visibilidade Clark propôs em 1976 uma hierarquia de volumes envolventes estruturada em árvore OBB-Tree, 1996 Uma Estrutura Hierárquica para Rápida Detecção de Interferência S. Gottschalk, M. C. Lin e D. Manocha Mapa de Oclusão Hierárquico HOM Hansong Zhang, 1998 Esqueleto de Visibilidade, Frédo Durand, George Drettakis, e Claude Puech

51 Diálogo de seleção do volume baseada no aspecto

52 Árvore de decisão para seleção do volume baseada no aspecto

53 Desempenho de cada volume envolvente - Modelo abstrato Testes de Descarte Caixas Cápsulas Cilindros Esf eras Pastilhas Aspecto Volume Volume Pond.

54 Desempenho de cada volume envolvente - Modelo abstrato QPS Caixas Cápsulas Cilindros Esferas Pastilhas Aspecto Volume Volume Pond.

55 Desempenho de cada volume envolvente - Plataforma Triângulos Submetidos Caixas - Cápsulas Cilindros Esferas Pastilhas Aspecto Volume Volume Pond

56 Desempenho de cada volume envolvente - Plataforma Testes de Descarte Caixas - Cápsulas Cilindros Esferas Pastilhas Aspecto Volume Volume Pond

57 Desempenho de cada volume envolvente - Plataforma Testes de Descarte Contra Oclusor Caixas - Cápsulas Cilindros Esferas Pastilhas Aspecto Volume Volume Pond

58 Desempenho de cada volume envolvente - Plataforma QPS Caixas Cápsulas Cilindros Esferas Pastilhas Aspecto Volume Pond. Volume

59 Desempenho de cada volume envolvente - Plataforma Triângulos submetidos Caixas Cápsulas Cilindros Esferas Pastilhas Aspecto Volume Volume Pond.

60 Organizações: Funcional X Árvore-kd 4 - Plataforma Caixas Cápsulas Cilindros Esferas Pastilhas Aspecto Volume Volume Pond

61 Organizações Plataforma 01 - Quadros por segundo