GPU-based Streaming for Parallel Level of Detail on Massive Model Rendering

Rendering massive 3D models in real-time has long been recognized as a very challenging problem because of the limited computational power and memory space available in a workstation. Most existing rendering techniques, especially level of detail (LOD) processing, have suffered from their sequential execution natures, and does not scale well with the size of the models. We present a GPU-based progressive mesh simplification approach which enables the interactive rendering of large 3D models with hundreds of millions of triangles. Our work contributes to the massive rendering research in two ways. First, we develop a novel data structure to represent the progressive LOD mesh, and design a parallel mesh simplification algorithm towards GPU architecture. Second, we propose a GPU-based streaming approach which adopt a frame-to-frame coherence scheme in order to minimize the high communication cost between CPU and GPU. Our results show that the parallel mesh simplification algorithm and GPU-based streaming approach significantly improve the overall rendering performance

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

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

Planet-Sized Batched Dynamic Adaptive Meshes (P-BDAM)

This paper describes an efficient technique for out-of-core management and interactive rendering of planet sized textured terrain surfaces. The technique, called planet-sized batched dynamic adaptive meshes (P-BDAM), extends the BDAM approach by using as basic primitive a general triangulation of points on a displaced triangle. The proposed framework introduces several advances with respect to the state of the art: thanks to a batched host-to-graphics communication model, we outperform current adaptive tessellation solutions in terms of rendering speed; we guarantee overall geometric continuity, exploiting programmable graphics hardware to cope with the accuracy issues introduced by single precision floating points; we exploit a compressed out of core representation and speculative prefetching for hiding disk latency during rendering of out-of-core data; we efficiently construct high quality simplified representations with a novel distributed out of core simplification algorithm working on a standard PC network.147-15

A survey of real-time crowd rendering

In this survey we review, classify and compare existing approaches for real-time crowd rendering. We first overview character animation techniques, as they are highly tied to crowd rendering performance, and then we analyze the state of the art in crowd rendering. We discuss different representations for level-of-detail (LoD) rendering of animated characters, including polygon-based, point-based, and image-based techniques, and review different criteria for runtime LoD selection. Besides LoD approaches, we review classic acceleration schemes, such as frustum culling and occlusion culling, and describe how they can be adapted to handle crowds of animated characters. We also discuss specific acceleration techniques for crowd rendering, such as primitive pseudo-instancing, palette skinning, and dynamic key-pose caching, which benefit from current graphics hardware. We also address other factors affecting performance and realism of crowds such as lighting, shadowing, clothing and variability. Finally we provide an exhaustive comparison of the most relevant approaches in the field.Peer ReviewedPostprint (author's final draft