Thiago de Almeida Bastos. Campos de Distância Amostrados Adaptativamente com Aceleração. Dissertação de Mestrado

Documentos relacionados
1.1(a): Malha de triângulos aproximando a forma de um golfinho. 1.1(b): Barco modelado com superfícies paramétricas (neste caso, NURBS).

Mauricio Kreczmarsky Guimarães Meinicke. Opacidade 3D na Visualização Volumétrica de Dados Sísmicos

5 Resultados e Aplicações

Uma abordagem baseada em SPH para animação interativa de águas rasas em jogos

Otávio de Pinho Forin Braga. Uma Arquitetura para Síntese de Imagens Fotorrealistas baseada em Técnicas de Monte Carlo DISSERTAÇÃO DE MESTRADO

Tatiana Waintraub. Modelagem da calçada de Copacabana. Dissertação de Mestrado

Renata Thomaz Lins do Nascimento. Visualização por Imagens Auto-animadas de Campos Vetoriais Baseada na sua Topologia. Dissertação de Mestrado

Rodrigo de Souza Lima Espinha. Visualização Volumétrica Interativa de Malhas Não-Estruturadas Utilizando Placas Gráficas Programáveis

Elicitação de requisitos de software através da utilização de questionários

Marcos de Oliveira Lage Ferreira. Estruturas de Dados Topológicas Escalonáveis para Variedades de dimensão 2 e 3. Dissertação de Mestrado

Pablo Vinícius Ferreira Telles. Amostragem de Ruído Azul em Múltiplas Classes para Superfícies Poligonais. Dissertação de Mestrado

Francisco Eduardo Torres Cursino de Moura. Uma proposta para Rendering Baseado em Imagens em celulares

Alexandre Roberto Rentería ESTIMAÇÃO DE PROBABILIDADE FUZZY A PARTIR DE DADOS IMPRECISOS. Tese de Doutorado

Integração de Ontologia com Modelagem de Processo: Um Método para Facilitar a Elicitação de Requisitos

João Paulo de Freitas Araujo. Algoritmos para acelerar a computação de Árvores de corte de Gomory e Hu. Dissertação de Mestrado

Sistema para Consultas sobre Banco de Dados Relacional Baseado em Palavras-Chave

Renato Figueiró Maia. Um Framework para Sistemas Baseados em Componentes Distribuídos. Informática DEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO

Allan Carlos Avelino Rocha. Visualização volumétrica ilustrativa de malhas não estruturadas. Dissertação de Mestrado

Thomas de Campos Tsuchida. Modelagem da localização de pólos de venda de derivados de petróleo. Dissertação de Mestrado (Opção Profissional)

Carla Jardim Dias. Um modelo estocástico para o fluxo de caixa de um plano de previdência de um indivíduo. Dissertação de Mestrado

Carlos Roberto da Costa Ferreira. Interpolação Modificada de LSF's. Dissertação de Mestrado

Bruno Siqueira Silva. Workflows dinâmicos em gerência de projetos ágeis. Dissertação de Mestrado

Iam Vita Jabour. O Impacto de Atributos Estruturais na Identificação de Tabelas e Listas em Documentos HTML. Dissertação de Mestrado

Ricardo Fukasawa. Resolução de problemas de logística ferroviária utilizando programação inteira DISSERTAÇÃO DE MESTRADO

Utilização de uma estratégia para identificação de fontes de informação na fase de elicitação

Pedro Tiago Barbosa do Couto. Resolução de problemas de transporte rodoviário de cargas utilizando programação inteira DISSERTAÇÃO DE MESTRADO

Daniel Ribeiro Trindade. Técnicas de Navegação 3D Usando o Cubo de Distâncias DISSERTAÇÃO DE MESTRADO. Programa de Pós graduação em Informática

Operações Booleanas na Modelagem por Pontos

Bruno Loureiro Rezende. Um Framework para a Automação de Testes com Linguagens de Especificação Configuráveis DISSERTAÇÃO DE MESTRADO

Uma Proposta de Sistema de Dependência a Distância Usando a Plataforma Moodle

vértices dessas células. Exemplos de malhas estruturadas e não-estruturadas são apresentados na Figura 2.

Estudo Comparativo de Estratégias de Classificação de Páginas Web

Adriano Medeiros dos Santos. Suporte a Componentes Compostos Para o Middleware SCS. Dissertação de Mestrado

Realce de Imagens no Domínio da Transformada

Mapeamento Automático de Horizontes e Falhas em Dados Sísmicos 3D baseado no algoritmo de Gás Neural Evolutivo

Criação Automática de Visões Materializadas em SGBDs Relacionais

2 Técnicas e Trabalhos Relacionados

Davi Romero de Vasconcelos. Análise de Estratégias Utilizando Verificação Formal de Modelos. Dissertação de Mestrado

Bruno Baère Pederassi Lomba de Araujo. Um estudo sobre adaptatividade dinâmica de dificuldade em jogos. Dissertação de Mestrado

Bruno de Figueiredo Melo e Souza. Modelos de fatoração matricial para recomendação de vídeos. Dissertação de Mestrado

Liquidez e Formação de Preço: Evidência do mercado acionário brasileiro

Framework para coordenação e mediação de Web Services modelados como Learning Objects para ambientes de aprendizado na Web

APLICAÇÃO DE CONCEITOS DE ENGENHARIA DE FATORES HUMANOS: UM ESTUDO DE CASO EM UMA EMPRESA DE OPERAÇÕES LOGÍSTICAS

Um Estudo Sobre Middlewares Adaptáveis

Estimadores de Curvaturas para Curvas no R 4

Um ambiente de suporte para uma linguagem de modelagem de sistemas multi-agentes

Adriano Francisco Branco. Um modelo de programação para RSSF com. Dissertação de Mestrado

Gerenciando Conflitos em Reuniões: Uma Estratégia para a Elicitação de Requisitos de Software

Resumo. Computação Gráfica: Uma Proposta de Plano Pedagógico. Áreas Correlatas. Definição. Uma Visão Integrada da C.G.

Uma meta-ferramenta de geração de diagramas utilizada na engenharia reversa de sistemas legados.

Experimentos de Previsão da Estrutura a Termo da Taxa de Juros Americana: Reversão à Media, Inércia e Influência de Variáveis Macroeconômicas

Matchmaking Uma infraestrutura para alinhamento de esquemas

Avaliação Preliminar dos Movimentos Aéreos no Aeroporto Internacional Antônio Carlos Jobim Galeão

MAURICIO LANE ESCOAMENTO DE FLUIDOS NÃO NEWTONIANOS ATRAVÉS DE CANAIS CONVERGENTES-DIVERGENTES DISSERTAÇÃO DE MESTRADO

QEEF-G: Execução Paralela Adaptativa de Consultas Iterativas

Usando a abordagem MDA no desenvolvimento de sistemas multi-agentes

Marcela Silva Novo. Guias de Onda de Seção Arbitrária: Análise de campos modais e de descontinuidades em guias de diferentes seções

Heidegger e a relação homem-técnica-natureza na crise ambiental contemporânea

Marcelo Ribeiro de Carvalho. Modelagem da Operação de um Recinto Especial para Despacho Aduaneiro de Exportação (Redex) Dissertação de Mestrado

INF 2063 Tópicos em CG III

Geração semi-automática de massas de testes funcionais a partir da composição de casos de uso e tabelas de decisão

Uma Compressão Simples para Malhas Irregulares com

Explorando aplicações que usam a geração de vértices em GPU

Gerenciamento Integrado de Riscos de Projetos

Avaliação Probabilística de Reservas de Óleo e Gás Considerando o Efeito da Variação do Preço do Óleo

Análise e Avaliação do Equity Premium Puzzle no Mercado Acionário Brasileiro sob diferentes Contextos Econômicos

Alberto Santos Junqueira de Oliveira. Essa vez que não chega: fila e drama social no Brasil. Dissertação de Mestrado

Uma Análise de Cenário Legislativo e Operacional dos Operadores de Transporte Multimodal (OTM) no Brasil

Fernanda Magalhães Rumenos Guardado. Estudo sobre a IS Intertemporal na Economia Brasileira

SQLLOMining: Obtenção de Objetos de Aprendizagem utilizando técnicas de Aprendizado de Máquina

O Planejamento e Controle de Produção para uma Fábrica de Vacinas.

Sérgio Alvares Rodrigues de Souza Maffra. Propagação de Som em Ambientes Acústicos Virtuais Bidimensionais DISSERTAÇÃO DE MESTRADO

Vanessa Ribeiro Ferreira. Mongólia: uma narrativa caótica? Dissertação de Mestrado

Alexandra de Almeida. A noção de sublime em Kant e a questão da comoção na arte. Dissertação de Mestrado

Capital Requerido via Simulação Estocástica aplicado ao Seguro de Vida e Fundo de Pensão

Luzia da Costa Tonon. O Teorema de Cramér-Lundberg via martingais DISSERTAÇÃO DE MESTRADO. Programa de Pós Graduação em Matemática

Os desafios de interface e de interação na computação ciente de contexto

Gerenciamento de projetos no âmbito da Economia Criativa Um estudo de caso das Incubadoras Rio Criativo

Gheisa Roberta Telles Esteves. Modelos de Previsão de Carga de Curto Prazo. Dissertação de Mestrado

Modelagem Geométrica. André Tavares da Silva. Capítulo 12 do Foley Capítulo 4 de Azevedo e Conci Capítulo 11 de Mortenson

QuadLOD: Uma Estrutura para a Visualização Interativa de Terrenos

Raúl Ademar Valdivia Pacheco. Visualização de Modelos de Engenharia via WEB utilizando VRML. Dissertação de Mestrado

Joana da Costa Macedo. Reforma Política: antigas questões novos sentidos da governabilidade à corrupção. Dissertação de Mestrado

Ana Beatriz Frischgesell Fonseca. O Simbolismo Alquímico na Obra de C. G. Jung DISSERTAÇÃO DE MESTRADO

Survey de técnicas. detalhadas: Análise e Comparação

Sistema de recomendação de segundo nível para suporte à produção de matérias jornalísticas

Allyson Ney Teodosio Cabral. Reconstrução de Superfícies Utilizando. Tese de Doutorado

Computação Gráfica Abel J. P. Gomes. Engenharia Informática (5385) - 2º ano, 2º semestre Matemática (5828) - 2º ano, 2º semestre

Laura Gonçalves Carvalho

Política Monetária e Investimento no Brasil

Uma Análise Comparativa dos Principais Métodos Baseados em Partículas para Simulação de Escoamentos

Rodrigo Pereira David. Técnica de Estimação de Canal Utilizando Símbolos Pilotos em Sistemas OFDM. Dissertação de Mestrado

Bernardo de Mendonça G. Ferreira. Valoração de uma opção sobre um contrato futuro. Dissertação de Mestrado

Controle da Execução e Disponibilização de Dados para Aplicativos sobre Seqüências Biológicas: o Caso BLAST

Paulo Afonso Monteiro Velasco Júnior

Rodrigo Pereira Martins. Renderização em tempo real utilizando mapas de DISSERTAÇÃO DE MESTRADO. Programa de Pós graduação em Informática

Márcio Penido Souza Lima

O Design de Sinalização no Brasil: a introdução de novos conceitos de 1970 a 2000

Entropia de Rényi e Informação Mútua de Cauchy-Schwartz Aplicadas ao Algoritmo de Seleção de Variáveis MIFS-U: Um Estudo Comparativo

Transcrição:

Thiago de Almeida Bastos Campos de Distância Amostrados Adaptativamente com Aceleração por Placa Gráfica Dissertação de Mestrado Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre pelo Programa de Pós graduação em Informática do Departamento de Informática da PUC-Rio Orientador: Prof. Waldemar Celes Filho Rio de Janeiro Maio de 2008

Thiago de Almeida Bastos Campos de Distância Amostrados Adaptativamente com Aceleração por Placa Gráfica Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre pelo Programa de Pós graduação em Informática do Departamento de Informática do Centro Técnico Científico da PUC-Rio. Aprovada pela Comissão Examinadora abaixo assinada. Prof. Waldemar Celes Filho Orientador Departamento de Informática PUC-Rio Prof. Marcelo Gattass Departamento de Informática PUC-Rio Prof. Thomas Lewiner Departamento de Matemática PUC-Rio Prof. Luiz Henrique de Figueiredo IMPA Prof. José Eugênio Leal Coordenador Setorial do Centro Técnico Científico PUC-Rio Rio de Janeiro, 5 de Maio de 2008

Todos os direitos reservados. É proibida a reprodução total ou parcial do trabalho sem autorização da universidade, do autor e do orientador. Thiago de Almeida Bastos Graduou-se em Bacharelado em Informática na PUC-Rio em 2005. Desde 2002 trabalha no laboratório de Computação Gráfica da universidade (Tecgraf) desenvolvendo sistemas de realidade virtual e visualização científica. Bastos, Thiago de Almeida Ficha Catalográfica Campos de Distância Amostrados Adaptativamente com Aceleração por Placa Gráfica / Thiago de Almeida Bastos; orientador: Waldemar Celes Filho. 2008. v., 70 f.: il. (col.) ; 29,7 cm 1. Dissertação (Mestrado em Informática) - Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2008. Inclui referências bibliográficas. 1. Informática Teses. 2. Campos de distância amostrados adaptativamente. 3. Renderização de superfícies impĺıcitas. 4. Programação em GPU. 5. Dispersão espacial perfeita. 6. Lançamento de raios em GPU. 7. Interpolação pseudotricúbica. I. Celes Filho, Waldemar. II. Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. Departamento de Informática. III. Título. CDD: 004

À minha mãe Maria João, meus avós Rita e João, e minha irmã Ana.

Agradecimentos À minha família e amigos, pelo grande apoio, sem o qual este trabalho não poderia ter sido realizado. Ao meu orientador Waldemar Celes, pela grande dedicação, confiança e paciência; pelas excelentes idéias e pela orientação impecável. Aos membros da banca e aos meus colegas, pelas várias sugestões e opiniões relevantes. Ao Tecgraf e à PUC-Rio, pelos auxílios concedidos.

Resumo Bastos, Thiago de Almeida; Celes Filho, Waldemar. Campos de Distância Amostrados Adaptativamente com Aceleração por Placa Gráfica. Rio de Janeiro, 2008. 70p. Dissertação de Mestrado Departamento de Informática, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. A representação de formas é um problema fundamental em Computação Gráfica. Dentre as representações conhecidas para objetos tridimensionais, os campos de distância amostrados adaptativamente (ADFs) destacam-se por sua versatilidade. ADFs combinam os conceitos de geometria com dados volumétricos, permitem representar objetos com precisão arbitrária, e consolidam diversas operações como visualização, modelagem de níveis de detalhe, detecção de colisão, testes de proximidade, metamorfose e operações booleanas em uma única representação. Este trabalho propõe métodos para acelerar a reconstrução de ADFs estáticas, melhorar a qualidade dos campos reconstruídos, e visualizar iso-superfícies das ADFs, valendo-se do enorme poder computacional encontrado nas placas gráficas modernas (GPUs). Para que as ADFs sejam representadas de forma eficiente em placas gráficas, propõe-se o uso de uma estrutura hierárquica baseada em dispersão espacial perfeita. A renderização de ADFs é feita integralmente pela GPU, utilizando uma técnica de lançamento de raios baseada em traçado por esferas. Uma maneira de tratar as descontinuidades C 0 e C 1 inerentes às ADFs é sugerida para que o sombreamento das superfícies seja suave. Finalmente, o trabalho propõe um novo método de reconstrução para ADFs, capaz de representar melhor superfícies curvas. Os resultados são apresentados através de aplicações simples de visualização interativa, com ADFs geradas a partir de malhas de triângulos e sólidos primitivos. Palavras chave Campos de distância amostrados adaptativamente. Renderização de superfícies implícitas. Programação em GPU. Dispersão espacial perfeita. Lançamento de raios em GPU. Interpolação pseudo-tricúbica.

Abstract Bastos, Thiago de Almeida; Celes Filho, Waldemar. GPU- Accelerated Adaptively Sampled Distance Fields. Rio de Janeiro, 2008. 70p. MSc Thesis Department of Computer Science, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. Shape representation is a fundamental problem in Computer Graphics. Among known representations for three-dimensional objects, adaptively sampled distance fields (ADFs) are noted for their versatility. ADFs combine the concepts of geometry with volume data, allow objects to be represented with arbitrary precision, and consolidate several operations such as visualization, level-of-detail modeling, collision detection, proximity tests, morphing and boolean operations into a single representation. This work proposes methods to accelerate the reconstruction of static ADFs, to improve the quality of reconstructed fields, and to visualize ADF isosurfaces, making use of the massive computational power found in modern graphics hardware (GPUs). In order to efficiently represent ADFs on graphics cards, a hierarchical structure based on perfect spatial hashing is proposed. Rendering of ADFs is done completely on GPUs, using a ray casting technique based on sphere tracing. Means to overcome the C 0 and C 1 discontinuities inherent to ADFs are suggested in order to attain smoothly shaded iso-surfaces. Finally, a new reconstruction method for ADFs, which can better represent curved surfaces, is proposed. Results are presented through simple interactive visualization applications, with ADFs generated from both triangle meshes and primitive solids. Keywords Adaptively sampled distance fields. Implicit surface rendering. GPU programming. Perfect spatial hashing. GPU ray casting. Pseudo-tricubic interpolation.

Sumário 1 Introdução 13 2 Trabalhos Relacionados 19 2.1 Campos de Distância Tridimensionais 19 2.2 ADFs 21 2.3 Lançamento de Raios em GPU 28 3 Representação e Reconstrução de ADFs em GPU 29 3.1 A Textura de Voxels 29 3.2 Visão Geral da Representação das ADFs 31 3.3 Octrees Baseadas em Dispersão Espacial 32 3.4 Dispersão Espacial Perfeita 34 3.5 Reconstrução do Campo de Distância 40 4 Visualização de ADFs em GPU 44 4.1 Traçado por Esferas 45 4.2 Traçado por Esferas para ADFs Globais 46 4.3 Traçado por Esferas para ADFs de Fronteira 47 4.4 Descontinuidades 48 5 Resultados e Aplicações 51 5.1 Construção de ADFs 51 5.2 Aplicações 53 6 Reconstrução Pseudo-Tricúbica 57 6.1 Motivação 58 6.2 Implementação 59 6.3 Resultados 61 7 Conclusão 63 7.1 Trabalhos Futuros 64 Referências Bibliográficas 65 A Código GLSL 69

Lista de figuras 1.1 Objetos representados por superfícies poligonais e paramétricas. (Ambas as imagens são de domínio público e foram extraídas da Wikipédia.) 13 1.2 Sólidos representados por grades de voxels e CSG. (Imagens extraídas da Wikipédia.) 14 1.3 Visualização volumétrica de campos de distância 3-D. Imagens provenientes do trabalho [31]. 15 2.1 Turbina representada por uma estrutura semelhante às ADFs. Imagens extraídas dos resultados do trabalho [3]. 22 2.2 Letra R representada por uma ADF bidimensional. Imagens extraídas do trabalho [10]. 23 2.3 Imagens renderizadas de ADFs, retiradas do trabalho [10]. 24 2.4 Quatro níveis de detalhe extraídos da mesma ADF. Imagens retiradas do trabalho [10]. 25 2.5 ADF de uma esfera com apenas dois níveis de subdivisão. 26 3.1 Uma quadtree (esquerda) e a sua textura de voxels (direita). 30 3.2 Visão geral da representação de ADF utilizada neste trabalho. 31 3.3 Ilustração em 2-D do acesso aos voxels nos vértices de uma célula de uma octree baseada em dispersão espacial. 33 3.4 Método de dispersão perfeita proposto por Lefebvre e Hoppe [20]. 36 4.1 Imagens renderizadas em GPU a partir de uma ADF de nível 8 do modelo Eros. O modelo original é uma malha de triângulos e foi obtido do repositório Aim@Shape. 44 4.2 No traçado por esferas, os raios que tangenciam a superfície precisam de mais iterações para convergir. 45 4.3 Imagens coloridas de acordo com o número de iterações necessárias para que os raios interceptem as superfícies. As cores variam do verde claro (1 iteração) até o azul escuro (64 iterações). 46 4.4 Construção da textura de normais. 50 5.1 Estátua Tailandesa renderizada em GPU com normais suaves. 54 5.2 Iso-superfícies do modelo Armadillo ( tatu ) de Stanford. 55 5.3 Ramsés em quatro níveis de detalhes. 56 5.4 Interpolação entre ADFs, renderizada interativamente em GPU. 56 6.1 Iso-superfície de um campo trilinear não-euclidiano. Imagens divulgadas por Frisken et al. [10]. 58 6.2 Célula de ADF, configurada com amostras do campo de distância de 1 de uma esfera, plotada por três interpoladores diferentes. 59 8 6.3 Decomposição de uma interpolação 3-D em sub-interpolações unidimensionais. 60

6.4 Comparativo entre ADFs trilineares (acima) e pseudo-tricúbicas (abaixo), utilizando a ADF de uma esfera em diferentes níveis de subdivisão. Neste exemplo, as ADFs trilineares foram renderizadas sem normais suaves. 62 6.5 Comparativo entre duas ADFs de nível 9. A ADF pseudo-tricúbica consegue representar mais detalhes, e a iluminação é naturalmente mais suave. 62

Lista de tabelas 5.1 Resultados quantitativos para ADFs retratadas nesta dissertação. 53 5.2 Desempenho da renderização de ADFs em GPU. 54 6.1 Comparativo de custos dos métodos de interpolação. 59 6.2 Comparativo entre o número de células das ADFs trilineares e pseudo-tricúbicas. Neste exemplo, todas as ADFs são superficiais. 61

Clay is molded to form a cup, but it is on its non-being that the utility of the cup depends. Doors and windows are cut out to make a room, but it is on its non-being that the utility of the room depends. Therefore turn being into advantage, and turn non-being into utility. Lao Tzu, Tao Te Ching, Ch. 11.