Parallel Mesh Processing

Die aktuelle Forschung im Bereich der Computergrafik versucht den zunehmenden Ansprüchen der Anwender gerecht zu werden und erzeugt immer realistischer wirkende Bilder. Dementsprechend werden die Szenen und Verfahren, die zur Darstellung der Bilder genutzt werden, immer komplexer. So eine Entwicklung ist unweigerlich mit der Steigerung der erforderlichen Rechenleistung verbunden, da die Modelle, aus denen eine Szene besteht, aus Milliarden von Polygonen bestehen können und in Echtzeit dargestellt werden müssen. Die realistische Bilddarstellung ruht auf drei Säulen: Modelle, Materialien und Beleuchtung. Heutzutage gibt es einige Verfahren für effiziente und realistische Approximation der globalen Beleuchtung. Genauso existieren Algorithmen zur Erstellung von realistischen Materialien. Es gibt zwar auch Verfahren für das Rendering von Modellen in Echtzeit, diese funktionieren aber meist nur für Szenen mittlerer Komplexität und scheitern bei sehr komplexen Szenen. Die Modelle bilden die Grundlage einer Szene; deren Optimierung hat unmittelbare Auswirkungen auf die Effizienz der Verfahren zur Materialdarstellung und Beleuchtung, so dass erst eine optimierte Modellrepräsentation eine Echtzeitdarstellung ermöglicht. Viele der in der Computergrafik verwendeten Modelle werden mit Hilfe der Dreiecksnetze repräsentiert. Das darin enthaltende Datenvolumen ist enorm, um letztlich den Detailreichtum der jeweiligen Objekte darstellen bzw. den wachsenden Realitätsanspruch bewältigen zu können. Das Rendern von komplexen, aus Millionen von Dreiecken bestehenden Modellen stellt selbst für moderne Grafikkarten eine große Herausforderung dar. Daher ist es insbesondere für die Echtzeitsimulationen notwendig, effiziente Algorithmen zu entwickeln. Solche Algorithmen sollten einerseits Visibility Culling1, Level-of-Detail, (LOD), Out-of-Core Speicherverwaltung und Kompression unterstützen. Anderseits sollte diese Optimierung sehr effizient arbeiten, um das Rendering nicht noch zusätzlich zu behindern. Dies erfordert die Entwicklung paralleler Verfahren, die in der Lage sind, die enorme Datenflut effizient zu verarbeiten. Der Kernbeitrag dieser Arbeit sind neuartige Algorithmen und Datenstrukturen, die speziell für eine effiziente parallele Datenverarbeitung entwickelt wurden und in der Lage sind sehr komplexe Modelle und Szenen in Echtzeit darzustellen, sowie zu modellieren. Diese Algorithmen arbeiten in zwei Phasen: Zunächst wird in einer Offline-Phase die Datenstruktur erzeugt und für parallele Verarbeitung optimiert. Die optimierte Datenstruktur wird dann in der zweiten Phase für das Echtzeitrendering verwendet. Ein weiterer Beitrag dieser Arbeit ist ein Algorithmus, welcher in der Lage ist, einen sehr realistisch wirkenden Planeten prozedural zu generieren und in Echtzeit zu rendern

Interactive rendering of massive geometric models

Booklet2005-02Conference held in Pisa, ItalyTutorial notes, Eurographics Italy. Conference held in Pisa, Italy, February 17--18, CDROM Proceedings, February 200

Implementation of MPEG-4s Subdivision Surfaces Tools

This work is about the implementation of a MPEG-4 decoder for subdivision surfaces, which are powerful 3D paradigms allowing to compactly represent piecewise smooth surfaces. This study will take place in the framework of MPEG-4 AFX, the extension of the MPEG-4 standard including the subdivision surfaces. This document will introduce, with some details, the theory of subdivision surfaces in the two forms present in MPEG-4: plain and detailed/ wavelet subdivision surfaces. It will particularly concentrate on wavelet subdivision surfaces, which permit progressive 3D mesh compression

Scalable wavelet-based coding of irregular meshes with interactive region-of-interest support

This paper proposes a novel functionality in wavelet-based irregular mesh coding, which is interactive region-of-interest (ROI) support. The proposed approach enables the user to define the arbitrary ROIs at the decoder side and to prioritize and decode these regions at arbitrarily high-granularity levels. In this context, a novel adaptive wavelet transform for irregular meshes is proposed, which enables: 1) varying the resolution across the surface at arbitrarily fine-granularity levels and 2) dynamic tiling, which adapts the tile sizes to the local sampling densities at each resolution level. The proposed tiling approach enables a rate-distortion-optimal distribution of rate across spatial regions. When limiting the highest resolution ROI to the visible regions, the fine granularity of the proposed adaptive wavelet transform reduces the required amount of graphics memory by up to 50%. Furthermore, the required graphics memory for an arbitrary small ROI becomes negligible compared to rendering without ROI support, independent of any tiling decisions. Random access is provided by a novel dynamic tiling approach, which proves to be particularly beneficial for large models of over 10(6) similar to 10(7) vertices. The experiments show that the dynamic tiling introduces a limited lossless rate penalty compared to an equivalent codec without ROI support. Additionally, rate savings up to 85% are observed while decoding ROIs of tens of thousands of vertices

Coarse-grained Multiresolution Structures for Mobile Exploration of Gigantic Surface Models

We discuss our experience in creating scalable systems for distributing and rendering gigantic 3D surfaces on web environments and common handheld devices. Our methods are based on compressed streamable coarse-grained multiresolution structures. By combining CPU and GPU compression technology with our multiresolution data representation, we are able to incrementally transfer, locally store and render with unprecedented performance extremely detailed 3D mesh models on WebGL-enabled browsers, as well as on hardware-constrained mobile devices

Real-time simulation and visualization of deformations on heightfields

Ankara : The Department of Computer Engineering and The Institute of Engineering and Science of Bilkent University, 2010.Thesis (Master's) -- Bilkent University, 2010.Includes bibliographical references leaves 117-121.The applications of computer graphics raise new expectations, such as realistic rendering, real-time dynamic scenes and physically correct simulations. The aim of this thesis is to investigate these problems on the height eld structure, an extended 2D model that can be processed e ciently by data-parallel architectures. This thesis presents methods for simulation of deformations on height eld as caused by triangular objects, physical simulation of objects interacting with height eld and advanced visualization of deformations. The height eld is stored in two di erent resolutions to support fast rendering and precise physical simulations as required. The methods are implemented as part of a large-scale height- eld management system, which applies additional level of detail and culling optimizations for the proposed methods and data structures. The solutions provide real-time interaction and recent graphics hardware (GPU) capabilities are utilized to achieve real-time results. All the methods described in this thesis are demonstrated by a sample application and performance characteristics and results are presented to support the conclusions.Yalçın, M AdilM.S