INF 2063 Tópicos em CG III

Transcrição

1 INF 2063 Tópicos em CG III Visualização de Modelos Massivos Prof. Alberto Raposo Tecgraf / DI / PUC-Rio

2 Aula 03 Simplification and Levels of Detail

3 Livro 1. Introdução 2. Visibilidade 3. Simplificação e Níveis de Detalhe (hoje) 4. Representações Alternativas 5. Cache-Coherent Data Management

4 Outras referências importantes 1. Real-Time Rendering Third Edition. T. Akenine-Möller, E. Haines, N. Hoffman. AK Peters, Level of Detail for 3D Graphics - D. Luebke, M. Reddy et al. Morgan Kaufmann, 2002

5 Simplificação e LOD Técnicas de visibilidade apenas não são suficientes para garantir interação em tempo-real de cenas massivas São necessárias técnicas para reduzir a complexidade dos modelos Modelos baseados em malhas de triângulos (Cap 3) Outras representações (Cap 4)

6 Simplificação Geométrica Processo de tentar reduzir os polígonos de um modelo detalhado, mantendo sua aparência. Quadric-Based Polygonal Surface Simplication M. Garland, PhD Thesis, School of Computer Science, Carnegie Mellon University, 1999.

7 Global vs Local Estratégias globais Atacam a malha como um todo Estratégias locais Simplificam a malha iterativamente, aplicando repetidamente um operador local

8 Estratégias Globais (1) Vertex Clustering

9 Estratégias Globais (2) Vertex Clustering Rápidos Apropriados para malhas muito grandes, pois podem ser implementados de maneira out-of-core Difícil produzir malhas com um número de polígonos pré-definidos Pode alterar significativamente a topologia da malha, de maneira imprevisível Aproximações geométricas podem ficar muito ruins em níveis de detalhe mais baixos

10 Estratégias Globais (3) Variational Shape Approximation Variational Shape Approximation D Cohen-Steiner, U Duke, P Alliez, M Desbrun. SIGGRAPH 2004, pp

11 Estratégias Globais (4) Variational Shape Approximation Aproximações de alta qualidade Processo de otimização caro, e difícil de implementar para malhas muito grandes

12 Estratégias Locais Mais comuns que as globais Eficiência e robustez Pode-se mais facilmente atingir critérios de parada como: malha com k polígonos, threshold de erro de vértice Estratégia mais usada [Livro Yoon, Gobbetti et al.]

13 Edge Collapse Como escolher novo vértice? QEM Quadric Error Metrics. Função de custo para mover um vértice para nova posição v: Offset em relação à origem Normais aos m planos dos triângulos que chegam no vértice [livro Akenine-Möller et al.]

14 Problemas Típicos [livro Luebke et al.] Malha em que aresta incide sobre 1 ou 2 faces e as faces incidentes sobre um vértice formam um fan aberto ou fechado

15 Simplificação de Malhas Massivas (1) Com exceção do vertex clustering (global, out-of-core), maioria das técnicas de simplificação geométrica é iterativa, mantendo lista ordenada de operações candidatas e a cada passo realiza uma operação baseada no mínimo erro Consumo de memória proporcional ao tamanho da malha Inviável para modelos massivos Alberto Raposo

16 Simplificação de Malhas Massivas (2) Streaming Simplification A Stream Algorithm for the Decimation of Massive Meshes, J Wu, L Kobbelt. Graphics Interface 2003, pp

17 Simplificação de Malhas Massivas (3) Mesh Partitioning Malha é dividida em pedaços menores, que cabem na memória Exemplo Octreebased External Memory Mesh (OEMM)

18 Octreebased External Memory Mesh (OEMM) External Memory Management and Simplification of Huge Meshes, P. Cignoni, C. Montani, C. Rocchini, R. Scopigno. IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics 2003, pp

19 LOD 3 etapas Geração Diferentes representações de um modelo, com diferentes níveis de detalhes são geradas Pode-se usar as técnicas de simplificação mencionadas Seleção Seleciona um dos níveis de detalhe, de acordo com algum critério Switching Como mudar de um nível de detalhe para outro Problema de popping: mudança abrupta de um nível para outro

20 Critérios de Seleção de LOD Baseado em distância Com histerese (região de transição) Baseado em área de projeção [livro Akenine-Möller et al.]

21 LOD Discreto (1) Sequência ordenada de diferentes representações de uma forma, com crescente resolução

22 LOD Discreto (2) Simples Padrão em várias linguagens e pacotes (X3D, por ex.) Funciona bem para objetos pequenos e distantes Não é eficiente para objetos grandes, ocupando larga faixa de distâncias do observador Apresenta poppings

23 Para diminuir popping em LOD discreto Blend LOD Vídeos em: ping.html Alpha LOD [livro Akenine-Möller et al.]

24 LOD Progressivo (1) Contem uma representação mais simplificada, e conjunto de operações inversas (ex., edge splits) que produzem representações mais refinadas em níveis de detalhes intermediários. DirectX O objetivo é fazer um LOD mais smooth

25 LOD Progressivo (2) Simplificação: edge colapsing v t ecol(v s,v t, v s ) v l v r v l v s v r v s (optimization)

26 LOD Progressivo (3) Simplificação 13, M=M ^ n ecol n-1 M 175 M ecol i ecol 0 M 0

27 LOD Progressivo (4) Edge colapsing é inversível: edge splitting attributes vspl(v s,v l,v r, v s,v t, ) v t v l v s v r v l v r v s

28 LOD Progressivo (5) Reconstrução ,546 M 0 M 1 M 175 M n =M^ vspl 0 vspl i i vspl n-1 n-1 progressive mesh (PM) representation

29 LOD Progressivo (6) Funciona bem com hardware atual Interfere com triangle stripping Complexidade de código Torna tudo mais complicado, colocando restrições

30 LOD Contínuo (1) Atualiza malha baseado na estimativa de erro screen-space Corrige falhas (cracks) entre blocos adjacentes Procedimento de refinamento/simplificação de certa forma similar ao LOD progressivo Alguns autores (incluindo o livro Luebke et al.) não diferenciam o LOD progressivo do contínuo Em contraste com o LOD progressivo, podem ser executados sem os complicados procedimentos para verificar dependências entre as modificações

31 LOD Contínuo (2) Multi-triangulation Começa com malha simples e a refina com sequência de atualizações locais Efficient Implementation of Multi-Triangulations, L De Floriani, P Magillo, E Puppo. IEEE Visualization 1998, pp

32 LOD Contínuo (3) Multi-triangulation Cria-se grafo direcionado acíclico com relações entre as atualizações locais Corte no grafo define triangulação resultante Efficient Implementation of Multi-Triangulations, L De Floriani, P Magillo, E Puppo. IEEE Visualization 1998, pp

33 Batched Multi-triangulation (1) Melhora desempenho do LOD contínuo, ao mover a representação do nível de triângulos para o nível de patches de triângulos Batched Multi Triangulation. Cignoni, Ganovelli, Gobbetti, Marton, Ponchio, Scopigno. IEEE Visualization 2005 pp

34 Batched Multi-triangulation (2) GPU friendly Partitioning and simplification Network / Bus Adaptive rendering Cache GPU Off-line On-line Multiresolution structure (data+dependency) Batched Multi Triangulation. Cignoni, Ganovelli, Gobbetti, Marton, Ponchio, Scopigno. IEEE Visualization 2005 pp

35 Artigo recente Parallel View-Dependent Level-of-Detail Control. Liang Hu, Pedro V. Sander, and Hugues Hoppe. IEEE TRANSACTIONS ON VISUALIZATION AND COMPUTER GRAPHICS, VOL. 16, 2010 Primeiro algoritmo de view-dependent LOD que trabalha com refinamento no nível de vértices de triângulos a ser totalmente executado em GPU.

36 View-Dependent Simplification/LOD (1) Varia de acordo com posição do observador Out-of-core construction and visualization of multiresolution surfaces, P Lindstrom. ACM I3D 2003, pp

37 View-Dependent Simplification/LOD (2) Típico em visualização de terrenos [livro Akenine-Möller et al.]

38 LOD e Terrenos Visualização de terrenos Survey on Semi-Regular Multiresolution Models for Interactive Terrain Rendering. R Pajarola, E Gobbetti. The Visual Computer, 23(8): , RASTeR: Simple and Efficient Terrain Rendering on the GPU. J Böschy, P Goswamiz, R Pajarola. Eurographics Areas Papers, pp , 2009.

39 Real Time Adaptive Meshes Desafio: criar de modo eficiente malhas viewdependent Requisitos deve ser próxima da superfície original, com erro controlável deve preservar continuidade (conforming meshes) deve lidar com malhas de topologias variadas deve ser renderizada eficientemente

40 Discussão Técnicas de LOD e visibility culling são essenciais para a renderização de modelos massivos Dependendo do tipo de modelo, uma ou outra técnica pode ser mais importante Modelos escaneados e terrenos, são geralmente de low depth complexity favorecem o LOD puro Modelos CAD geralmente tem large depth complexity exigem técnicas de visibilidade antes de LOD

41 Desafios Processos de simplificação geralmente não consideram visibilidade Difícil de aplicar em modelos com muitos detalhes, topologia complexa e high depth complexity! Resolver ordenação e oclusão mútua é de suma importância em modelos complexos, e é um assunto pouco abordado Integrating Occlusion Culling and Levels of Detail through Hardly-Visible Sets. C Andújar, C Saona-Vázquez, I Navazo, P Brunet. Computer Graphics forum, 19(3):

42 Outros artigos que abordam visibilidade em conjunto com LOD Visibility-guided simplification. E. Zhang, G. Turk. IEEE Visualization, pp Viewpoint-driven simplification using mutual information. P. Castelló, M. Sbert, M. Chover, M. Feixas. Computers & Graphics, 32(4): August 2008.

43 Artigo recente GPU-based Streaming for Parallel Level of Detail on Massive Model Rendering. Peng, Chao and Cao, Yong (2011) GPU- based Streaming for Parallel Level of Detail on Massive Model Rendering. Technical Report TR-11-12, Computer Science, Virginia Tech. arallellod_chao.pdf