Surfels: Surface Elements as Rendering Primitives



Podobné dokumenty
Surfels (Surface Elements): Plošné elementy jako vizualizační primitiva

Katedra informatiky, Univerzita Palackého v Olomouci. 27. listopadu 2013

Osvětlování a stínování

Multimediální systémy. 11 3d grafika

Pokročilé osvětlovací techniky Josef Pelikán, MFF UK Praha

Textury v real-time grafice Josef Pelikán, MFF UK Praha Josef.Pelikan@mff.cuni.cz

Bc. Martin Dušek. Fakulta elektrotechnická. Studijní program: Elektrotechnika a informatika strukturovaný magisterský

Základy 3D modelování a animace v CGI systémech Cinema 4D C4D

Přibližný výpočet efektů globálního osvětlení na GPU

Realita versus data GIS

Pokročilé metody fotorealistického zobrazování

PB001: Úvod do informačních technologíı

RAYTRACING. Ondra Karlík (Keymaster)

CGI. Computer generated imagery Počítačové triky Animované filmy Počítačové hry. Technologické trendy v AV tvorbě, CGI 2

Grafická data jsou u 2D vektorové grafiky uložena ve voxelech NEPRAVDA Grafická data jsou u rastrové grafiky uložena v pixelech PRAVDA Grafická data

Počítačová grafika 2 (POGR2)

GEOGRAFICKÉ INFORMAČNÍ SYSTÉMY 6

3D počítačová grafika na PC Josef Pelikán, MFF UK Praha

Reprezentace 3D modelu

GRAFICKÉ ADAPTÉRY. Pracovní režimy grafické karty

Obsah A ROVINNÁ GRAFIKA 17

Zobrazování těles. problematika geometrického modelování. základní typy modelů. datové reprezentace modelů základní metody geometrického modelování

Reprezentace bodu, zobrazení

HW počítače co se nalézá uvnitř počítačové skříně

1. Reprezentace barev, míchání barev. 2. Redukce barevného prostoru. 3. Rasterizace objektů ve 2D.

Rastrové grafické formáty. Václav Krajíček KSVI MFF UK, 2007

Ing. Jan Buriánek. Katedra softwarového inženýrství Fakulta informačních technologií České vysoké učení technické v Praze Jan Buriánek, 2010

Anti Aliasing. Ondřej Burkert. atrey.karlin.mff.cuni.cz/~ondra/ ~ondra/stranka

Geekovo Minimum. Počítačové Grafiky. Nadpis 1 Nadpis 2 Nadpis 3. Božetěchova 2, Brno

Rastrový obraz, grafické formáty

Seznámení s moderní přístrojovou technikou Laserové skenování

Architektura grafických ip pro Xbox 360 a PS3

Fakulta informačních technologíı. IZG cvičení 6. - Zobrazování 3D scény a základy OpenGL 1 / 38

Hierarchický model Josef Pelikán CGG MFF UK Praha. 1 / 16

Distribuované sledování paprsku

Videokarty. Videoadaptéry. Vývoj, typy, vlastnosti. 3D akcelerátory

Univerzita Pardubice Fakulta ekonomicko-správní. Počítačová grafika a geometrické transformace v rovině a prostoru. Eva Hladíková

Počítačová grafika 1 (POGR 1)

Výukové materiály pro výuku 3D grafiky na SOŠ

Animace a geoprostor. První etapa: Animace 3. přednáško-cvičení. Jaromír Landa. jaromir.landa@mendelu.cz Ústav informatiky PEF MENDELU v Brně

Simulátor jízdy městem

Masivně paralelní zpracování obrazu v prostředí systému VisionLab Liberec Roman Cagaš, rc@mii.cz

spsks.cz 3D Modelování Zpracováno v rámci projektu CZ.1.07/3,2, 10/ financovaného z fondů EU

Z OBRAZOVÉHO ZÁZNAMU. Jan HAVLÍK. Katedra teorie obvodů, Fakulta elektrotechnická

Úloha E301 Čistota vody v řece testem BSK 5 ( Statistická analýza jednorozměrných dat )

9 Prostorová grafika a modelování těles

České vysoké učení technické v Praze Fakulta elektrotechnická Katedra počítačů

3D ANIMACE POSTAVY V POČÍTAČOVÉ GRAFICE ANIMATION OF 3D CHARACTER IN COMPUTER GRAPHICS

Fakulta informačních technologíı. Rendering Seminář 1. 1 / 28

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE. Optimalizace trojúhelníkových sítí v E 3 a jejich zobrazování / 2000 Jan Doubek

KMA/PDB. Karel Janečka. Tvorba materiálů byla podpořena z prostředků projektu FRVŠ č. F0584/2011/F1d

Polygonální objekty v Rhinoceros Volné modelování

Multimediální systémy

Vývoj počítačové grafiky

SOFTWARE NA ZPRACOVÁNÍ MRAČEN BODŮ Z LASEROVÉHO SKENOVÁNÍ. Martin Štroner, Bronislav Koska 1

Představení a srovnání grafických procesorů ATI RV770 a NVIDIA G(T)200

Visualizace objemových dat

Základy OpenGL Josef Pelikán CGG MFF UK Praha. OpenGL / 34

Pojem architektura je převzat z jiného oboru lidské činnosti, než počítače.

Zobrazování a osvětlování

Algoritmy výpočetní geometrie

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI FAKULTA UMĚNÍ A ARCHITEKTURY. Studijní program: B8206 Výtvarná umění. Obor: Vizuální komunikace BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

Photon-Mapping Josef Pelikán CGG MFF UK Praha.

IB109 Návrh a implementace paralelních systémů. Kolektivní komunikační primitava. RNDr. Jiří Barnat, Ph.D.

KOMPRESE OBRAZŮ. Václav Hlaváč. Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze katedra kybernetiky, Centrum strojového vnímání. hlavac@fel.cvut.

PŘEDSTAVENÍ GRAFICKÉHO PROCESORU NVIDIA G200

PŘÍRODOVĚDECKÁ FAKULTA UNIVERZITY PALACKÉHO KATEDRA INFORMATIKY DIPLOMOVÁ PRÁCE. Optimalizace vykreslování voxelové grafiky Bc.

Bayesovská klasifikace digitálních obrazů

Přímé zobrazování objemových dat DVR

Makroskopická obrazová analýza pomocí digitální kamery

Výpočet vržených stínů

Základní techniky zobrazování Josef Pelikán, MFF UK Praha

Počítačová grafika a vizualizace I

Pokročilé techniky Josef Pelikán, MFF UK Praha

IDEA Frame 4. Uživatelská příručka

DIGITÁLNÍ ORTOFOTO. SPŠS Č.Budějovice Obor Geodézie a Katastr nemovitostí 4.ročník

Vyplňování souvislé oblasti

Laserový skenovací systém LORS vývoj a testování přesnosti

Omezení barevného prostoru

produktová brožura Červenec 2008

Přesnost měřických technologií Ing.Filip Kobrle, Ing. Daniel Šantora, GEFOS a.s.

Visualizace objemových dat

Zpráva s popisem softwarového návrhu a specifikací rozhraní prototypového modulu pro odhad chyby a zjemnění sítě

Rastrová reprezentace

Semestrální práce z předmětu KMA/MM. Voroneho diagramy

Západočeská univerzita v Plzni. Fakulta aplikovaných věd Katedra matematiky. Geometrie pro FST 1. Pomocný učební text

EXTRAKT z mezinárodní normy Extrakt nenahrazuje samotnou technickou normu, je pouze informativním materiálem o normě.

Rekurzivní sledování paprsku

Rozdìlení poèítaèové grafiky

KOMPRESE OBRAZŮ. Václav Hlaváč, Jan Kybic. Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze katedra kybernetiky, Centrum strojového vnímání.

Maturitní témata. Informační a komunikační technologie. Gymnázium, Střední odborná škola a Vyšší odborná škola Ledeč nad Sázavou.

Počítačové vidění vs. digitální zpracování obrazu Digitální obraz a jeho vlastnosti

Staré mapy TEMAP - elearning

Fakulta přírodovědně-humanitní a pedagogická. Okruhy otázek pro státní závěrečné zkoušky. Bakalářské studium

Úvod Některé algoritmy pro řešení viditelnosti Literatura. Řešení viditelnosti. Pavel Strachota. FJFI ČVUT v Praze. 11. dubna 2012

Dálkový průzkum Země. Ústav geoinformačních technologií Lesnická a dřevařská fakulta MENDELU

11 Zobrazování objektů 3D grafiky

CAD II přednáška č. 5. Grafické formáty PCX GIF TIFF BMP

Transkript:

Surfels: Surface Elements as Rendering Primitives Výzkum v počítačové grafice Martin Herodes

Nevýhody plošných primitiv Reprezentace složitých objektů pomocí plošných primitiv (trojúhelníků, čtyřúhelníků aj.) je obtížná. Problém zobrazení kouře, ohně, vody aj. Zobrazení realistických modelů je pomalé. Zpracování mnoha malých trojúhelníků vede k ucpání datové sběrnice. Realita je 80 miliónů polygonů. Ukládání informací, které nejsou nutné k zobrazení - spojení a přilehlost vrcholů.

Definice surfelu Surfel je zkratkou slov SURFace Element nebo SURFace voxel. V literatuře se surfel definuje jako orientovaný (n-1)-dimenzionální objekt v R n. My budeme používat následující definici: Surfel je nula-dimenzionální n-tice s tvarovými a stínovými atributy, které jsou lokálně aproximovány povrchem objektu. Alternativní termín bodový vzorek je příliš obecný, protože voxely a pixely jsou také bodové vzorky.

Surfel jako zobrazovací primitivum Surfely jsou bodová primitiva bez explicitní souvislosti. Obsahují pouze informace potřebné pro zobrazení. Atributy surfelu jsou hloubka, barva textury, normála a jiné. Surfely jsou vhodné pro objekty se složitou geometrií. Naopak u plochých povrchů (zdí, pozadí apod.) jsou výhodnější plošná primitiva.

Inspirace Animatek Caviar player komerční produkt poskytuje interaktivní zobrazení pomocí voxelů používá zjednodušení zobrazení a osvětlovacích metod LDI strom hierarchická datová struktura uvedl Chang a kolektiv

Rysy prezentované metody Kompletní bodový vzorkovací a zobrazovací systém Výkonná hierarchická reprezentace Vysoká kvalita texturového filtrování Přesné výpočty viditelnosti Flexibilní rychlost a kvalita výsledného obrazu

Hlavní kroky metody Vzorkování fáze předzpracování Zobrazení

Vzorkování Nalezení optimální surfelové reprezentace objektu Vzorkování podle rozlišení výsledného obrazu Použití dalších i pohledově závislých metod před vzorkováním nebo během vzorkování pomocí procedurálních shaderů. odchylka povrchové normály geometrie bump textury posunutí mapování

Vzorkování - postup Vytvoření LDC (Layered Depth Cube) ze tří ortogonálních LDI (Layered Depth Images) metodou sledování paprsku Obrázek ukazuje LDC se dvěma LDI (2D kreslení)

Předfiltrování textur 1 Předfiltrování a mapování textur na objekt ve fázi předzpracování Pohledově nezávislé Postup: Posun filtrované oblasti (stopy) podle tečné roviny Mapování stopy do prostoru textury Aplikace EWA filtru Uložení výsledné barvy do surfelu

Předfiltrování textur 2 Podmínka rekonstrukce textury: překrytí eliptických oblastí surfelů Poloměr stopy r 0 pre = maximální vzdálenost mezi sousedními surfely v prostoru objektu Surfelová mipmapa více vzorků textury v surfelu (obvykle 3 nebo 4) poloměry stop se zdvojnásobují

LDC strom Oktantový strom uzly jsou LDC Konstrukce stromu odspodu nahoru n=0 pro LDC v nejvyšším rozlišení Vyšší úroveň stromu = nižší rozlišení Mezery mezi pixely h n =h 0 *2 n Výška stromu nastavena uživatelem Dimenze bloků (LDC) b nastavena uživatelem. Na obrázku b=4.

3-to-1 redukce Redukce LDC stromu na LDI strom - 3x rychlejší 1 fáze: převzorkování do pravidelné mřížky 2 fáze: interpolace pomocí nejbližšího souseda Ztráta kvality surfelové reprezentace tvarů i stínů Možný vznik artefaktů

Hlavní kroky metody - připomenutí Vzorkování fáze předzpracování Zobrazení

Zobrazení Zobrazení LDC stromu Odhad počtu surfelů na pixel Změna rychlosti a kvality výstupu výkon surfel na pixel a z-buffer stejné rozlišení kvalita více surfelů na pixel a z-buffer větší rozlišení

Odstraňování bloků Procházení LDC stromu od nejvyšší úrovně k nejnižší V každém bloku provádíme view-frustum culling pomocí bounding boxu bloku pomocí visibility cones ořezání zadních ploch bloků test viditelnosti

Warping bloků Procházení LDC stromu od nejvyšší úrovně k nejnižší Výběr zobrazené úrovně podle počtu surfelů na pixel Odhad počtu surfelů na pixel i n max Pro každý blok úrovně n: i n max = max. vzdálenost mezi sousedními pixely odhad i n max = max. délka diagonály bounding boxu / b Inkrementální warping bloků do prostoru obrazu -6x sčítání, 3x násobení, 1x inverze na vzorek LDI v bloku warpovány nezávisle

Testování viditelnosti Visibility splatting Díra pixel v z-bufferu, neobsahuje viditelný surfel nebo pixel pozadí Pixel v z-bufferu obsahuje ukazatel na nejbližší surfel minimální hloubku Projekce stop do z-bufferu, r tn = smax*2 n Aproximace axis-aligned bounding boxem Problém extrémně nakloněného povrchu

Filtrování textur Pohledově závislé filtrování odstraňuje texture aliasing Poloměr kruhu nejméně 2 1/2 /2*s z Projekce kruhu vytváří elipsu Úroveň surfelové mipmapy podle hlavní osy elipsy Barva surfelu lineární interpolací pomocí r k pre a r k+1 pre

Stínování Osvětlovací model obvykle před testováním viditelnosti Deffered shading (odložené stínování) vyhýbá se zbytečné práci Phongův osvětlovací model cube reflectance environment maps Transformace normál do prostoru kamery již během visibility splattingu

Rekonstrukce obrazu Rekonstrukce povrchu ze surfelů Pixely s dírami nejsou použity Antialiasing Odstranění děr: Gaussův filtr k interpolaci děr poloměr filtru r rec je mírně větší než i max pull-push algoritmus alternativní způsob

Rekonstrukce obrazu - možnosti a) Velikost pixelu s 0 = velikost pixelu v z-bufferu s z jednoduchý a rychlý přístup mapování surfelů na středy pixelů interpolace nejbližším sousedem lineární interpolace 2 vzorků surf. mipmap b) Supersampling subpixely v z-bufferu vysoká kvalita obrazu použití více vzorků (typicky 8) na 1 pixel r rec =max(r rec,i max ), kde r rec =2 1/2 /2*s 0 a i max indikuje nižší hustotu surfelů

Rekonstrukce obrazu - ukázky Detekce děr Rekonstrukční filtry a) Nejbližší soused b) Gaussův filtr c) Supersampling

Implementace Blue Moon Rendering Tool (BMRT) ray tracer Vzorkovací rozlišení 512 2, výstupní rozlišení 480 2 Při vzorkování použití dalších pohledově záv. metod filtrování textur, displacement mapping, bump mapping aj. Předzpracování typického objektu se 6 LOD surfelovými mipmapami zabírá okolo jedné hodiny.

Implementace analýza výkonu 3 úrovně mipmapy 3 LODy Pentium III 700 MHz 256 MB SDRAM WRP- warping, VIS- visibility splatting, SHD- phong shading, REC- image reconstruction, CLR- frame- buffer clear

Budoucí rozšíření Rozšíření vzorkování na objemová data, shluky bodů aj. Komprese LDC stromu použitím RLE (Run Length Encoding) Použití Pentium III SSE instrukcí Použití okluzního traverzování LDC stromu Hlavní cíl: Návrh hardwarové architektury pro surfely

Závěr Možnost integrace s polygonovou grafikou Vhodné pro modely s velkou složitostí tvarů a stínů Dramatické snížení zobrazovací ceny díky předzpracování Zobrazovací fáze využívají vektorizaci, paralelismus a proudového zpracování Změny rychlosti a kvality výstupu Vysoká kvalita obrazu při rychlém snímkování Rostoucí výkon procesorů a možná hardwarová podpora přinesou real-time výkon