Grficas Interactivas

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Gráficas Interactivas

• Isaac Rudomín (Instructor)
• rudomin_at_itesm.mx
• Erik Millán (asistente)
• emillan_at_itesm.mx

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Técnicas de Aceleración

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Rendering Pipeline

• Depende del número de tríangulos o polígonos

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Conversión de mallas

• Convierte una malla a strips y fans

strip
fan

• algoritmo SGI
• algoritmo STRIPE

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Imposter

• Imposter
• Imagen de objeto complejo que es mapeado como
  textura a un rectángulo
• Usualmente, imagen de textura y valor alfa
• Importa resolución de textura, vida de este
  imposter

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Nailboard

• Nailboard
• Imagen de textura desviación de profundidad
• Layered depth image
• Evita los huecos

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Hierarchical Image Caching

• Hierarchical image caching
• Usa imposters arreglados jerárquicamente
• Idea
• Partir la escena en jerarquía de cajas
• Crea imposter para cada caja
• Actualizar jerárquicamente

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Nivel de Detalle (LOD)

• Nivel de Detalle(LOD) es una importante
  herramienta para mantener la interactividad
• Se enfoca en fidelidad vs rendimiento
• Se usa en conjunto con
• Rendering paralelo
• Occlusion culling
• Image-based rendering etc

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Nivel de Detalle la idea

• El problema
• Conjuntos de datos geométricos demasiado
  complejos para ser rendereados a razones
  interactivas
• Una solución
• Simplifica la geometría poligonal de objetos
  pequeños o distantes
• Esto es LOD LOD
• También se llama, simplificación poligonal o
  geométrica, reducción de mallas, decimación,
  modelado multiresolución

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Nivel de Detalle LOD Tradicional

• Crea niveles de detalle de los objetos

69,451 polys
2,502 polys
251 polys
76 polys
Courtesy Stanford 3D Scanning Repository
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Nivel de Detalle LOD Tradicional

• Objetos distantes usan LODs mas gruesos

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Nivel de Detalle

• Como representar y generar versiones mas
  sencillas de un modelo complejo?
• Como evaluar la fidelidad de los modelos
  simplificados?
• Cuando usar cual LOD de un objeto?

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LOD Discretoventajas

• Programación sencilla, desacopla simplificación
  del render
• Creación del LOD no requiere ser en tiempo real
• Rendering solo escoge el LOD durante la ejecución
  
• Va bién con el hardware gráfico moderno
• Fácil compilar cada LOD a triangle strips,
  display lists, vertex arrays,
• Estos se dibujan 3 a 5 veces mas rápido que
  triángulos desorganizados

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LOD Discretodesventajas

• Por que usar otra cosa?
• Problemas con simplificación drástica
• Casos problemáticos
• Volar sobre terrenos
• Isosuperficies volumétricas
• Scans de datos muy detallados
• Modelos CAD muy grandes

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LOD Continuo

• A diferencia del enfoque discreto
• No crea niveles de detalle individuales en un
  preproceso, sino una estructura de datos de la
  cual un nivel de detalle deseado puede extraerse
  durante la ejecución

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LOD Continuo ventajas

• Mayor granularidad ? transiciones mas suaves
• Cambiar entre LODs tradicionales causa popping
  mientras que LOD continuo ajusta el detalle
  gradual e incrementalmente. Además permite
  fácilmente hacer geomorphing para que se noten
  aun ménos estos efectos
• Soporta transmisión progresiva
• Mallas Progresivas
• Compresión progresiva Forest Split
• Lleva a usar los parámetros de vista para
  seleccionar la mejor representación, por lo que
  el mismo objeto puede estar representado a
  diversos niveles de detalle

• Mayor granularidad ? mejor fidelidad
• LOD se especifica exactamente, no de unas pocas
  opciones creadas previamente, por lo que los
  objetos no usan mas polígonos de los necesarios,
  lo que libera polígonos para otros objetos

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LOD dependiente de la vista Ejemplos

• Muestra partes cercanas de un objeto a mayor
  resolución que las lejanas

Desde el ojo
Desde arriba
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LOD dependiente de la vista Ejemplos

• Muestra silueta con mayor resolución que el
  interior

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LOD dependiente de la vista ventajas

• Aún mayor granularidad
• Permite simplificar drásticamente objetos grandes
• Ejemplo modelo de estadio
• Ejemplo volar sobre terreno

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LOD jerárquico

• Mientras que LOD dependiente de vista resuelve el
  problema de objetos grandes, LOD jerárquico puede
  resolver el problema de objetos peequeños
• Junta objetos en colecciones de objetos
• A distancia suficiente simplifica las
  colecciones, no los objetos individuales
• Como represento esto en el grafo de escena?

• LOD jerárquico funciona bién junto con LOD
  dependiente de vista
• Maneja toda la escena como un solo objeto a ser
  simplificado de manera dependiente de vista
• LOD jerárquico también va bién con los esquemas
  de LOD discreto tradicionales
• Imposters

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Algoritmo de Edge Collapse
V2
V2
Collapse
V1
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Algoritmo de Edge Collapse

• Sort all edges (by some metric)
• repeat
• Collapse edge
• choose edge vertex (or compute optimal vertex)
• Fix-up topology
• until (no edges left)

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Edge Collapse beneficios

• Edge collapse es una operación simple
• Soporta topologías irregulares (non-manifold)

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Edge Collapse vs. Vertex-Pair Merging

• Este es aún mejor vertex-pair merging junta dos
  vértices que
• Comparten una arista
• Están a una distancia menor a t

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LOD para terrenos

• Regular Grid Height Field

• Triangulated Irregular Networks (TIN)

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LOD para terrenos

• No funcionan técnicas de edge/vertex collapse
• Que hacer?
• Hay que asegurarse de que haya vértices comunes
  en arista de la subdivisión yque no haya huecos
  extraños
• Nos gustaría que al subdividir el terreno sería
  eso ocurriera solo

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LOD para terrenos

• Quadtrees y BinTrees

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Quadtrees

• Muy fácil de implementar

• Quad es realmente dos triángulos
• No evita huecos (cracks, T-junctions)

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BinTrees (Binary Triangle Trees)

• Mas dificil de implementar
• A veces fuerza subdivisiones

• Resuelve Cracks y T-junctions!
• Dos triángulos nunca diferiran por mas de un
  nivel de resolución

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Varios algoritmos

• LOD continuo de Lindstrom
• ROAM (Duchaineau)
• Visualization of Large Terrains Made Easy
• SOAR

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LOD continuo para mapas de altura

• Peter Lindstrom et al., 1996
• Usa un árbol binario de vértices
• Coherencia entre cuadros

• Introdujo umbral de error en pantalla controlable
  por usuario

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ROAM

• Real-Time Optimally Adapting Meshes
• Mark Duchaineau, 1997 (LLNL)
• Estructura de árbol de triángulos binarios
• No hay que preocuparse por cracks, etc
• Se puede especificar el número de triángulos
  deseados
• Muy popular

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ROAM Conceptos

• Split y Merge
• Dos colas de prioridad
• Una para splits y una para merge
• Allows for frame-to-frame coherence
• Métrica de error para ambas
• Geomorphing introducido pero rara vez se
  necesita
• Convertir en triangle strips de manera incremental

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ROAM diamantes de Split y Merge
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Otras técnicas de modelado
static polygon mesh
hierarchical OSI
object-space impostors (OSI)
point clouds Qsplat
ray tracing solid BSP
billboards/sprites
point clouds Surfels
impostors with layers
impostors
volume layer rendering
ray tracing voxels
nailboards
light fields
impostors with depth values
light fields with depth
relief texture maps
impostors with depth mesh
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Billboards / Sprites
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Impostors(imposters)
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Impostors
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Impostors

• Sprites calculados al momento o con mucho
  pre-cómputo

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Nailboards
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Impostors con profundidad
42
Impostors con profundidad
43
Relief Texture Maps
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Relief Texture Maps

• Procesa textura para que tenga parallax y
  auto-oclusión

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Impostors con capas
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Puntos

• QSplat
• Surfels
• Animatek Caviar
• Blade Runner

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QSplat
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Surfels
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Puntos

• Muestrea la geometría como puntos separados
• Dibuja primitiva por punto (e.g. splatting)
• Qsplat primitivas de splat acelerado por HW
• Surfel puntos, filtro de reconstrucción
• Caviar puntos, reescalar todo el objeto