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

Задача прийняття рішень з оптимізації ігрових локацій

Стрімкий розвиток ринку комп'ютерних і мобільних ігор значно підвищує зацікавленість ІТ-компаній у їх розробці, тому підвищується актуальність та практична затребуваність вирішення завдань із забезпечення проектування таких ігор та ігрових локацій, що з одного боку, мінімально використовуватимуть системні ресурси (особливо системні ресурси мобільних пристроїв), а з іншого – забезпечуватимуть очікуваний високий рівень якості графічного та анімованого контенту. У статті надано практичні рекомендації із прийняття рішень із оптимізації ігрових локацій на основі формалізованої задачі прийняття відповідних проектних рішень

Rekonstruktion und Verarbeitung von Objekten und Szenen aus Kamerabildern

In Computerspielen, Animationsfilmen und anderen interaktiven Rendering-Applikationen werden für gewöhnlich 3D-Modelle verarbeitet. Die Modelle entsprechen dabei meistens einem realen Vorbild, welches mithilfe eines Laserscanners abgetastet wurde. Da moderne Laserscanner teuer und unhandlich sind, werden Alternativen benötigt, mit denen virtuelle Abbilder kostengünstig und effizient erzeugt werden können. Neben den Methoden zur Rekonstruktion dreidimensionaler Objekte sind Verfahren erforderlich, mit deren Hilfe die 3D-Modelle modifiziert werden können. In diesem Kontext spielt die Multiskalen-Modellierung (engl. multi resolution modeling) bei der Durchführung des Editiervorgangs in Echtzeit eine wichtige Rolle, um zum Beispiel komplexe Bewegungsabläufe simulieren zu können. Diese Dissertation beschäftigt sich mit den Möglichkeiten zur Rekonstruktion von Objekten und Szenen aus Kamerabildern und präsentiert neue Techniken, mit denen ein als Polygonnetz vorliegendes 3D-Modell editiert werden kann. Für die 3D-Rekonstruktion werden reziproke Bildpaare verwendet, auf deren Grundlage die Korrespondenzen zwischen den einzelnen Bildpunkten aufgedeckt und eine Tiefenanalyse vollzogen wird. Die daraus resultierenden Tiefenwerte werden in einer Tiefenkarte (engl. depth map) gespeichert, aus denen letztlich ein dreidimensionales Dreiecksnetz generiert werden kann. Während der Umsetzung des Verfahrens wurde großer Wert auf die Parallelisierung der einzelnen Berechnungsschritte gelegt. In Bezug auf die Modellierung von 3D-Modellen wurde zunächst ein hoch-qualitativer, paralleler Simplifizierungsalgorithmus entworfen, der in der Lage ist, in Echtzeit mehrere zu einem 3D-Objekt gehörende Detailstufen zu erzeugen. Auf Basis des Simplifizierungsverfahrens wurde schließlich ein parallel auf der Grafikkarte ausführbares Programm zur Multiskalen-Modellierung realisiert, mit welchem die Möglichkeit geschaffen wurde ein Modell auf verschiedenen Detailstufen zu editieren und die vorgenommenen Modifikationen über die erstellten Detailstufen hinweg in Echtzeit und unter Berücksichtigung der bestehenden Oberflächendetails zu verarbeiten. Die für das Editieren notwendige Datenstruktur wird dabei während der Simplifizierungsphase parallel auf der Grafikkarte innerhalb weniger Sekunden erzeugt

Adaptive Vereinfachung von Dreiecksnetzen in Echtzeit

Dreiecksnetze stellen in der Computergraphik eine häufig angewandte Repräsentation von 3-dimensionalen Objekten dar, indem die Objektoberfläche durch Dreiecke angenähert wird. Eine große Menge an Dreiecken erlaubt die Abbildung einer Vielzahl an Details, jedoch mit dem Nachteil eines hohen Berechnungsaufwandes bei der Bilderzeugung. Verfahren zur Reduktion der Dreieckszahl werden seit langem erforscht. Sie kommen zum Einsatz, um Annäherungen von polygonalen Modellen zu errechnen, die weniger Zeit für die Bilderzeugung in Anspruch nehmen. Unter Zuhilfenahme der Kapazitäten moderner Graphikprozessoren werden Algorithmen entwickelt, die eine Vereinfachung eines Dreiecksnetzes zur Laufzeit, also vor der Bilderzeugung, berechnen. In dieser Arbeit wird ein neuartiger, paralleler Ansatz zur Vereinfachung von Dreiecksnetzen präsentiert, der die notwendigen Operationen unter Berücksichtigung der Topologie und ohne Vorberechnung von Vereinfachungen ermittelt. Die Vereinfachungsoperatoren werden modifiziert, so dass eine große Menge von Operationen parallel auf einem Dreiecksnetz ausgeführt werden kann, ohne eine Kommunikation zwischen den individuellen Operationen zu erfordern und ohne Löcher und unerwünschte Faltungen auf der Oberfläche zu schaffen. Der hohe Grad an Parallelität der Operationen erlaubt eine effiziente Implementierung auf moderner Hardware, insbesondere die Ausnutzung moderner Graphikprozessoren, was zu einer starken Reduktion der Berechnungszeit führt. Unter diesen Aspekten ist der Einsatz in Echtzeit möglich und somit eine Vereinfachung, die Position und Blickwinkel des Betrachters in die Berechnungen einfließen lässt, um erkennbare Auswirkungen der Vereinfachung zu reduzieren. Potentielle Erweiterungen sind die Extraktion und Berücksichtigung von markanten Merkmalen eines Objekts und eine verbesserte Oberflächenanalyse bei der Auswahl von Vereinfachungsoperationen