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

Efficiently keeping an optimal stripification over a CLOD mesh

In this paper we present an algorithm of simple implementation but very effective that guarantees to keep an optimal stripification (in term of frames per seconds) over a progressive mesh. The algorithm builds on-the-fly the stripification on a mesh at a selected level-of-details (LOD) using the stripifications built, during a pre-processing stage, at the lowest and highest LODs. To reach this goal the algorithm uses two different operations on the dual graph of the mesh: when the user changes the mesh resolution the mesh+strips local configuration is looked up in a table and, after a vertex split operation, the strips are rearranged accordingly, immediately after a sequence of special topological operation called “tunneling” with short tunnel length are started till the number of isolated triangles in the mesh get under 10% of the total number of strips. Moreover, when the user select a relevant LOD it can trigger a tunnelling with higher tunnel length to optimize the stripification. Using these operations we are able to keep the progressive mesh stripified in a time of the same order of magnitude of the time needed to change the resolution and, only if required, to perform a time-demanding optimization. Only the stripifications generated by explicit user requests are stored to serve as optimal starting points for further inspection. In this way we can always feed the graphics board with a triangle strip representation of the mesh at any LOD. The results we present demonstrate that we can tightly couple each sequence of vertex splits used to increase the resolution of the progressive mesh with: a simple rearrangement of the strips followed by a very cheap stripification search with a predetermined strategy. A strong feature of the method is that the local rearrangement leads to an implementation that keeps almost constant the execution time. The results of the visualization benchmarks are very good: comparing the rendering of the stripified (using this strategy) and the non stripified meshes we can, on average, double the frames per seconds rate

Efficiently Keeping an Optimal Stripification over a CLOD Mesh

In this paper we present an algorithm of simple implementation but very effective that guarantees to keep an optimal stripification (in term of frames per seconds) over a progressive mesh. The algorithm builds on-the-fly the stripification on a mesh at a selected level-of-details (LOD) using the stripifications built, during a pre-processing stage, at the lowest and highest LODs. To reach this goal the algorithm uses two different operations on the dual graph of the mesh: when the user changes the mesh resolution the mesh+strips local configuration is looked up in a table and, after a vertex split operation, the strips are rearranged accordingly, immediately after a sequence of special topological operation called “tunneling” with short tunnel length are started till the number of isolated triangles in the mesh get under 10% of the total number of strips. Moreover, when the user select a relevant LOD it can trigger a tunnelling with higher tunnel length to optimize the stripification. Using these operations we are able to keep the progressive mesh stripified in a time of the same order of magnitude of the time needed to change the resolution and, only if required, to perform a time-demanding optimization. Only the stripifications generated by explicit user requests are stored to serve as optimal starting points for further inspection. In this way we can always feed the graphics board with a triangle strip representation of the mesh at any LOD. The results we present demonstrate that we can tightly couple each sequence of vertex splits used to increase the resolution of the progressive mesh with: a simple rearrangement of the strips followed by a very cheap stripification search with a predetermined strategy. A strong feature of the method is that the local rearrangement leads to an implementation that keeps almost constant the execution time. The results of the visualization benchmarks are very good: comparing the rendering of the stripified (using this strategy) and the non stripified meshes we can, on average, double the frames per seconds rate