Terrain LoD Algorithm Implementation

Tato práce pojednává o implementaci algoritmu pro LoD vizualizaci terénu Seamless Patches for GPU-Based Terrain Rendering jako rozšíření knihovny Coin3D. Prezentuje postupy, za pomoci kterých tento algoritmus zobrazuje rozsáhlé terénní datasety. Celý terén je složen z plátů, které jsou uloženy v hierarchické struktuře. Hierarchie plátů je pak za běhu programu procházena jsou z ní generovány aktivní pláty na základě pozice pozorovatele. Každý plát se skládá z předem definovaných dlaždic a spojovacích pruhů, takže nemusí udžovat žádnou konkrétní geometrii. Během vykreslování dlaždic a pruhů je aplikován displacement shader. Práce zhodnocuje výsledky dosažené implementací a navrhuje další úpravy, kterými by se dal běh algoritmu dále vylepšit.This thesis discusses implementation of LoD terrain visualization algorithm Seamless Patches for GPU-Based Terrain Rendering as extension for Coin3D library. It presents procedures which this algorithm uses for displaying large terrain datasets. Entire terrain is composed of patches that are stored in patch hierarchy. Patch hierarchy is traversed during runtime to generate active patches based on observer's position. Each patch consists of predefined tiles and connection strips so it doesn't need to store any geometry. During render of tiles and strips, displacement shader is applied. This thesis also evaluates results achieved in sample application and suggests some modifications to further increase algorithm performance.

Introducing level of detail to 3D thematic maps

This thesis investigates the three dimensional visualization of geography related statistical data, organized in different abstraction levels considering their distance to camera. If the aim is to tell a story about place (linked with geography), thematic maps are said to be one of the most generic methods. With the help of texturing technology, two dimensional thematic maps are generated in real time and projected on a predefined terrain. Introducing level of detail for data abstraction with respect to camera movements advanced the system into a multiscale visualization

An implementation of terrain geomorphing in the vertex shader for synthetic planetary surfaces

Thesis (M. Eng.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Electrical Engineering and Computer Science, 2008.Includes bibliographical references (p. 55).The purpose of this research is to develop the three-dimensional models of planetary surfaces which can be used in the test environments for the Vision-Based Navigation Systems' (VBNS) terrain recognition and navigation algorithms. The VBNS will fly a trajectory over the planet, taking pictures along the flight and dynamically updating the imagery passed to the VBNS. The pictures will be generated based on the current camera angle and attitude. Testing in this more realistic, arbitrary planetary environment will help ensure the most robust algorithms for the VBNS. A terrain generation tool is implemented that allows users to create synthetic planetary terrains. Users are able to arbitrarily place terrain features (e.g. craters, mountains, and boulders), textures, and lighting to create realistic planetary surfaces. Creating these complex, three dimensional models presents its own problem: a significantly larger amount of data has to be processed. To solve this problem, geomorphing is implemented and incorporated into the simulations. Geomorphing refers to the process of seamlessly switching between different levels of-detail of data, which are data sets with different resolutions; the goal is to display the appropriate level-of-detail of data based on where the VBNS is currently located. Simply switching between the different data sets causes discontinuities and visual anomalies, which affect the algorithms of the VBNS. Therefore, the switching has to be done seamlessly, so that the VBNS cannot tell there was a change in the data sets being rendered. The test results indicate that geomorphing helped to reduce the discontinuities in the simulations that occur when simply switching between the different levels-of-detail.by Lawrence W. Colagiovanni.M.Eng

GPU-friendly high-quality terrain rendering

We present a LOD rendering technique for large, textured terrain, which is well-suited for recent GPUs. In a preprocess, we tile the domain, and we compute for each tile a discrete set of LODs using a nested mesh hierarchy. This hierarchy can be encoded progressively. At run time, continuous LODs can simply be generated by interpolation of per-vertex height values on the GPU. Any mesh re-triangulation at run-time is avoided. Because the number of triangles in the mesh hierarchy is substantially decimated and by progressive transmission of vertices, our approach significantly reduces bandwidth requirements. During a typical fly-over we can guarantee extremely small pixel errors at very high frame rates

Geração de terrenos em tempo real

Tese de mestrado, Informática, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2008A geração de terrenos em tempo real é um problema complexo. Efectivamente, as necessidades de armazenamento e de processamento resultantes da quantidade de dados envolvida levantam um conjunto de problemas que tornaram esta área um tópico de investigação muito activo no domínio da computação gráfica. A maioria do trabalho efectuado concentra-se num conjunto de técnicas que procuram colmatar as dificuldades que surgem na representação de terrenos. Estas técnicas consistem sobretudo na aplicação de estratégias de culling e de nível de detalhe, com o intuito de reduzir o impacto que a representação de um terreno, especialmente os de grandes dimensões, tem ao nível do desempenho. Isto não obstante a grande evolução ao nível das placas gráficas que se tem verificado ao longo dos anos, mas que não tem sido, no entanto, suficiente para lidar com a tensão constante entre realismo e velocidade, entre fidelidade e número de frames por segundo que encontramos nesta área em particular e de uma forma geral na computação gráfica. Nesta dissertação apresentam-se conceitos fundamentais relacionados com a geração de terrenos em tempo real, tais como a representação do terreno, o particionamento espacial, o culling, o vertex caching, a coerência espacial e temporal e a utilização de vertex textures no envio dos valores elevação para o GPU. Inclui-se também a descrição dos algoritmos de geração de terrenos considerados mais relevantes, seleccionando-se dois da classe Tiled Blocks, segundo a classificação proposta por Losasso e Hoppe, para comparar o seu desempenho. Estes algoritmos aplicam duas técnicas diferentes de nível de detalhe, bastante comuns na maioria dos algoritmos desta classe e são, respectivamente, o Geomipmapping, descrito por De Boer e o GPU Terrain Rendering, descrito por Vistnes. Avaliou-se ainda a integração da técnica de occlusion culling empregue no algoritmo de Terrain Occlusion Culling With Horizons, descrito por Fiedler, e a utilização das vertex textures como alternativa no envio dos valores de elevação para o GPU. Como ponto de referência e com o intuito de avaliar a diferença a nível de desempenho, bem como verificar a necessidade de utilizar técnicas de nível de detalhe, concretizou-se também uma aproximação de “força bruta” que não utiliza nenhuma técnica de nível de detalhe.Real time terrain rendering is a complex topic. The main reason is cheer amount of geometry involved, which raises a number of problems that made this area an active topic of research in the field of computer graphics. Most of the work is centered on a group of techniques especially developed to give an answer to the problems faced when representing a terrain in real time. Culling and level of detail techniques are therefore essential tools to face the performance problems that a representation of a terrain in real time, specially a large one, brings. This despite the great technological evolution of the graphic cards over the years, which has not been, however, sufficient to deal with the constant tension between realism and speed, between fidelity and number of frames per second present in this area in particular and generally in computer graphics. In this dissertation real time terrain rendering concepts are presented, such as terrain representation models, spatial partitioning, culling, vertex caching, spatial and temporal coherence and vertex textures. Some of the most relevant real time terrain rendering algorithms are also discussed. From these, two belonging to the Tiled Blocks class, following the classification proposed by Losasso and Hope, are compared in terms of performance. These algorithms apply two different of level of detail techniques, quite common in most algorithms of this class. They are, respectively, the Geomipmapping, described by De Boer, and the GPU Terrain Rendering, described by Vistnes. Additionally the integration of the occlusion culling technique described by Fiedler on the Terrain Occlusion Culling With Horizons algorithm is evaluated as well as the use of vertex textures as way of sending the elevation values to the GPU. As a reference point and to evaluate the impact in the performance, of level of detail techniques a brute force approach that does not apply any of those techniques was also developed

Visualización interactiva de terrenos extensos en entornos distribuidos sobre redes mixtas P2P y cliente-servidor

En los últimos años se ha producido una gran demanda de aplicaciones dedicadas a la visualización interactiva de terrenos en entornos distribuidos. Esta demanda ha estado motivada, entre otros motivos, por el aumento de la cantidad y precisión de la información de las bases de datos del terreno y el aumento de las líneas de conexión de banda ancha y la facilidad de acceso a las mismas. Este tipo de aplicaciones tienen que hacer frente a varios problemas. Uno de ellos es la gestión de la ingente cantidad de información que contienen las bases de datos del terreno que emplean, la cual no puede ser representada simultáneamente en pantalla con una velocidad de refresco adecuada, ya que sobrepasa las capacidades de memoria y procesamiento de los equipos actuales. Otro problema es la transmisión de esa información desde los servidores a los equipos utilizados por los usuarios con la suficiente rapidez para que éstos puedan realizar una visualización interactiva en tiempo real de la misma. El último de los problemas principales es la escalabilidad del sistema con el número de usuarios. Este tipo de aplicaciones suelen tener un elevado número de usuarios conectados, incluso es previsible que a medida que las bases de datos sean más precisas y las aplicaciones más completas, este número de usuarios siga aumentando, surgiendo el problema de tener que mantener para todos ellos una calidad de servicio adecuada. A lo largo de esta tesis se ha diseñado un sistema de visualización interactiva de terrenos eficiente para entornos distribuidos que hace frente y soluciona estos problemas. Para ello se lleva a cabo un estudio de los problemas que presenta y sus posibles soluciones, escogiendo para la implementación de cada uno de los módulos en los que se divide el sistema, la solución que se ha considerado más adecuada. Así, para solucionar el problema asociado a la representación y visualización de la información del terreno, se ha encontrado un algoritmo que realiza de forma eficiente esta visualización en un entorno con bases de datos distribuidas. Para solucionar el problema asociado a la transmisión y almacenamiento de la información del terreno, se ha diseñado un nuevo esquema de compresión basado en la transformada wavelet que realiza una compresión de esta información permitiendo realizar la transmisión progresiva de la misma de forma óptima a través de la red. Por último, para solucionar el problema de la escalabilidad con el aumento del número de usuarios conectados, se ha definido una arquitectura de red híbrida basada en el funcionamiento de las arquitecturas cliente‐servidor y P2P, que incorpora las ventajas de ambas arquitecturas y evita sus inconvenientes, aumentando considerablemente la escalabilidad del sistema. Todos estos elementos se han integrado perfectamente para crear un sistema de visualización interactiva de terrenos eficiente para entornos distribuidos.In the last years there has been a great development on real time terrain visualization applications using remote databases. These kinds of applications have to face some problems, for example, a large number of users connected, data terrain visualization, storage and transmission. Despite the increase of the computers performance and connection lines capacity, the large amount of data to be managed could overload computer memory and connection lines. Moreover, the data must be stored in the client side, so they need a considerable storage space. Therefore, in this thesis we describe a new real time terrain visualization system that solves these problems. In order to solve visualization problem, we have studied different rendering algorithms and we have chosen the one that visualizes large remote terrain databases in an efficient way. In order to solve storage and transmission problem, we have designed a new compression scheme based on the wavelet transform that is able to compress and transmit large remote terrain databases in a progressive way. Finally, in order to solve scalability problem caused by the increase of connected users, we have defined a new hybrid network architecture based on client‐server and peer‐to‐peer architectures that inherits the benefits of these architectures and avoids their drawbacks, increasing system scalability. All this elements have been integrated to create an efficient real time terrain visualization system that uses remote databases

Metodología para la generación automática de entornos virtuales en simuladores de conducción terrestre

Está Tesis refleja los trabajos de investigación que tienen como resultado el desarrollo de una metodología cuyo objetivo es la automatización optimizada en la generación de grandes entornos virtuales destinados a simulaciones de conducción terrestre guiada, es decir, sobre trayectorias predefinidas, bajo PC. En ella se aborda el ciclo completo de generación de un entorno virtual, aportando soluciones optimizadas en cada una de las fases. Para definir estas soluciones, se ha llevado a cabo un estudio en profundidad de las características y requisitos exigidos a este tipo de representaciones virtuales así como de las posibles vías resolutivas, concluyéndose con el establecimiento de tres fases constructivas. La primera fase es la del análisis perceptivo visual. La presente Tesis, tras sintetizar las características que definen a este tipo de entornos así como sus condiciones perceptivas, propone una metodología constructiva que saca el máximo partido de las mismas de una manera hasta ahora no considerada: la creación del entorno mediante el ensamblaje y repetición (instanciación) de un número finito de patrones repetitivos o módulos. Son múltiples las ventajas aportadas por este sistema modular de instanciación: disminución de las labores de modelado, reducción drástica de la memoria de almacenamiento requerida y de los tiempos de carga, facilitación de las tareas de creación y edición de los escenarios. La segunda fase es la generación geométrica y topológica del entorno. El elevado volumen y heterogeneidad de la información a manejar hace necesario el desarrollo de métodos que automaticen el procesamiento de la misma. La presente Tesis desarrolla un sistema consistente en varios criterios de organización, corrección y almacenamiento de la información de partida. Dicho sistema permite por un lado la construcción fácilmente escalable y editable de entornos que cumplan las normativas circulatorias vigentes y por otro lado garantiza un óptimo flujo de la información entre los diversos subsistemas integrantes de la simulación. Flujo que ha sido plasmado en la elaboración de diversos protocolos de comunicación. La tercera fase es la del posicionamiento 3D de la base de datos visual, su jerarquización y optimización escénica. En esta fase, la presente Tesis ha desarrollado una serie de Algoritmos de Posicionamiento modular que garantizan el correcto acoplamiento de los módulos a lo largo de una serie de líneas directrices. Dichas líneas son creadas a partir de la definición de las trayectorias circulatorias, lo que ha permitido a su vez, la definición por parte de esta Tesis de un sistema de niveles de detalle discretos pseudo-variantes con el punto de vista, que permite optimizar la carga geométrica del escenario, mediante la definición en tiempo de precarga de los posibles niveles de detalle de cada módulo en función de su distancia transversal a la trayectoria. Por otro lado, con el fin de potenciar las ventajas de este sistema de instanciación esta Tesis propone el empleo de una serie de shaders que deforman los módulos en tiempo real, lo que permite disminuir el número de módulos necesarios en tiempo de precarga y aumenta la versatilidad constructiva y realismo de los escenarios. Finalmente, esta Tesis organiza todo el escenario en un grafo de la escena (scene graph) que busca minimizar el recorrido del mismo con el fin de maximizar las velocidades de refresco y facilitar las labores de edición de los escenarios. En este punto, la construcción modular del entorno es fundamental para alcanzar dichos objetivos. Todos los planteamientos teóricos expuestos en esta Tesis se han materializado en las correspondientes aplicaciones informáticas que se han validado como herramientas de desarrollo en la creación de grandes entornos virtuales de simuladores actualmente en funcionamiento, como los de Metro de Madrid de las series 7000, 8000, 3000, 9000 y Citadis y en otros experimentales donde también se han implementado los criterios y resultados perceptivos que optimizan estos simuladores