Object Hierarchies for Efficient Rendering

This thesis covers the efficient visualization of complex 3d scenes using various rendering methods such as photo-realistic and real-time rendering. Especially the important role of bounding volume hierarchies is discussed in detail in the context of illumination and visibility algorithms. We present a novel approach for automatic generation of object hierarchies and apply the resulting data structure to several rendering techniques. In the field of ray tracing we describe a novel ray acceleration method that combines objects hierarchies and regular grids. We demonstrate how radiosity computations may benefit from available scene hierarchies to determine the radiant flux between object clusters. Finally, we present an adaptive interactive rendering algorithm that may dramatically reduce the number of visibility tests in an occlusion culling framework for interactive real-time visualization.Diese Dissertation untersucht unterschiedliche Verfahren zur effizienten Visualisierung grosser dreidimensionaler Szenengeometrien, sowohl im Bereich des Photorealismus wie auch bei der Echtzeit-Visualisierung. Hierbei wird insbesondere die Nützlichkeit von Hüllkörperhierarchien bei der Beleuchtungsrechnung und bei der Beantwortung von Sichtbarkeitsfragen herausgearbeitet. Ein neuartiges, kostenbasiertes Verfahren zur automatischen Konstruktion von Objekthierarchien wird präsentiert sowie dessen Anwendung für alle gängigen Darstellungsverfahren. Zusätzlich beschreibt diese Disseration im Bereich Ray Tracing ein neues Verfahren zur Szenenstrukturierung, welches die Vorteile von Hüllkörperhierarchien und regulären Gittern kombiniert. Im Bereich der Radiosity wird gezeigt, wie sich Szenenhierarchien ideal zur Berechnung des Lichtflusses zwischen Objekt-Clustern nutzen lassen und im Bereich Echtzeit-Rendering wird ein adaptives Verfahren vorgestellt, dass die Zahl teurer Sichtbarkeitstests beim Occlusion-Culling deutlich reduziert

Bounding Volume Hierarchies for Collision Detection

In virtual environment world, performing collision detection between various 3D objects requires sophisticated steps to be followed in order to properly visualize their effect. It is challenging due to the fact that multiple objects undergo various motion depending on the application’s genre. It is however an essential challenge to be resolved since it’s many use in the computer animation, simulation and robotic industry. Thus, object intersection between rigid bodies has become one of the most important areas in order to bring realism to simulation and animation

Bounding Volume Hierarchies for Collision Detection

In virtual environment world, performing collision detection between various 3D objects requires sophisticated steps to be followed in order to properly visualize their effect. It is challenging due to the fact that multiple objects undergo various motion depending on the application’s genre. It is however an essential challenge to be resolved since it’s many use in the computer animation, simulation and robotic industry. Thus, object intersection between rigid bodies has become one of the most important areas in order to bring realism to simulation and animation

Generative Mesh Modeling

Generative Modeling is an alternative approach for the description of three-dimensional shape. The basic idea is to represent a model not as usual by an agglomeration of geometric primitives (triangles, point clouds, NURBS patches), but by functions. The paradigm change from objects to operations allows for a procedural representation of procedural shapes, such as most man-made objects. Instead of storing only the result of a 3D construction, the construction process itself is stored in a model file. The generative approach opens truly new perspectives in many ways, among others also for 3D knowledge management. It permits for instance to resort to a repository of already solved modeling problems, in order to re-use this knowledge also in different, slightly varied situations. The construction knowledge can be collected in digital libraries containing domain-specific parametric modeling tools. A concrete realization of this approach is a new general description language for 3D models, the "Generative Modeling Language" GML. As a Turing-complete "shape programming language" it is a basis of existing, primitv based 3D model formats. Together with its Runtime engine the GML permits - to store highly complex 3D models in a compact form, - to evaluate the description within fractions of a second, - to adaptively tesselate and to interactively display the model, - and even to change the models high-level parameters at runtime.Die generative Modellierung ist ein alternativer Ansatz zur Beschreibung von dreidimensionaler Form. Zugrunde liegt die Idee, ein Modell nicht wie üblich durch eine Ansammlung geometrischer Primitive (Dreiecke, Punkte, NURBS-Patches) zu beschreiben, sondern durch Funktionen. Der Paradigmenwechsel von Objekten zu Geometrie-erzeugenden Operationen ermöglicht es, prozedurale Modelle auch prozedural zu repräsentieren. Statt das Resultat eines 3D-Konstruktionsprozesses zu speichern, kann so der Konstruktionsprozess selber repräsentiert werden. Der generative Ansatz eröffnet unter anderem gänzlich neue Perspektiven für das Wissensmanagement im 3D-Bereich. Er ermöglicht etwa, auf einen Fundus bereits gelöster Konstruktions-Aufgaben zurückzugreifen, um sie in ähnlichen, aber leicht variierten Situationen wiederverwenden zu können. Das Konstruktions-Wissen kann dazu in Form von Bibliotheken parametrisierter, Domänen-spezifischer Modellier-Werkzeuge gesammelt werden. Konkret wird dazu eine neue allgemeine Modell-Beschreibungs-Sprache vorgeschlagen, die "Generative Modeling Language" GML. Als Turing-mächtige "Programmiersprache für Form" stellt sie eine echte Verallgemeinerung existierender Primitiv-basierter 3D-Modellformate dar. Zusammen mit ihrer Runtime-Engine erlaubt die GML, - hochkomplexe 3D-Objekte extrem kompakt zu beschreiben, - die Beschreibung innerhalb von Sekundenbruchteilen auszuwerten, - das Modell adaptiv darzustellen und interaktiv zu betrachten, - und die Modell-Parameter interaktiv zu verändern