Visualización de Terrenos (XV) - users.dsic.upv.esusers.dsic.upv.es/~jlinares/terrain/Material seminari terrenys 2.pdf · • Lluvia, niebla, rayos y nieve •Nubes • Navegación

VisualizaciVisualizacióón 3D den 3D deterrenos en tiempo realterrenos en tiempo real

Visualización de Terrenos (XV)

Estudio de 3 algoritmos clásicos

• Geomipmapping (Willem H. de Boer)

• Quadtree (Stefan Roettger)

• ROAM (Mark Duchaineau)


Visualización de Terrenos (XVI)

Geomipmapping

• Entra plenamente en la categoría ‘GPU friend’ (poco cálculo CPU, próximo a la idea de filtrado de número global de triángulos)

• Sólo considera LoD dependiente de vista, no con respecto a las características del terreno (coincidencia con enfoques más modernos...)

• Basado en la técnica ‘mipmapping’ (reducción del efecto del aliasing mediante la construcción de una pirámide de imágenes de distinto nivel de detalle ...)


Visualización de Terrenos (XVII)

Geomipmapping

• División del terreno en ‘patches’ (trozos)

• Clasificarlos en niveles de detalle en función de su cercanía respecto al observador


Visualización de Terrenos (XVIII)

Geomipmapping

• Toma selectiva de vértices (basada en fans de triángulos)


Visualización de Terrenos (XIX)

Geomipmapping

• Toma selectiva de vértices (basada en strips de triángulos)


Visualización de Terrenos (XX)

Geomipmapping

• T-junctions => fronteras entre trozos de distintos niveles de detalle (3 triángulos tienen en A alturas distintas)


Visualización de Terrenos (XXI)

Geomipmapping

Aparición de cracks ...


Visualización de Terrenos (XXII)

Geomipmapping

Soluciones:

• Añadir vértices

• Eliminar vértices


Visualización de Terrenos (XXIII)

Geomipmapping

• Hay que anotar en cada patch y por cada frame si tiene que omitir vértices o no (estudiando el LoD de los vecinos)


Visualización de Terrenos (XXIV)

Geomipmapping

• La omisión de vértices sólo ante vecinos de menor LoD


Visualización de Terrenos (XXV)

Geomipmapping

• Único cálculo CPU => determinación del LoD de cada patch

• Proceso de actualización:1. Calcular para cada patch la distancia

desde el observador a su centro

2. Establecer relación entre LoD y dicha distancia (tabulada, proporcional, criterios de error en pantalla etc.)


Visualización de Terrenos (XXVI)

Geomipmapping

Un esquema de implementación de Geomipmapping


Visualización de Terrenos (XXVII)

Geomipmapping

• View-frustum culling => unidad básica el patch (alternativas: vértice o fan)


Visualización de Terrenos (XXVIII)

Geomipmapping -> Aplicando geomorphing

Popping => Efectos sobre iluminación y sombreado (soluciones: integrar lightmap en textura o multitexturación)


Visualización de Terrenos (XXIX)

Geomipmapping


Visualización de Terrenos (XXX)

Geomipmapping

Cuestiones sobre las que reflexionar ...

¿ Cómo gestionar texturas en geomipmapping ?

¿ Y una estrategia out-of-core ?

¿ Streaming ?


Visualización de Terrenos (XXXI)

Quadtree

• Matriz de booleanos del mismo tamaño que el height-map

• Proceso de render de forma recursiva. Caso base -> hoja -> render de un fan parcial o total

• Misma técnica que Geomipmapping para evitar cracks

Árbol de grado 4


Visualización de Terrenos (XXXII)

Quadtree

Regeneración de la malla:

• Requiere más CPU que el Geomipmapping

• Aproximación recursiva top-down:1. Empezamos desde el root y descendemos por el árbol estudiando dónde hace

falta más detalle

2. En cada paso, se comprueba el nodo y se estudia su división o no, guardando el resultado (1 ó 0) en la matriz del quadtree

3. Si se resuelve dividir (1), se invoca la recursión sobre los 4 hijos


Visualización de Terrenos (XXXIII)

Quadtree

Proceso de render con subsanación de cracks


Visualización de Terrenos (XXXIV)

Quadtree

¿Cuando subdividir?

• Considerar la cercanía al observador

• Considerar, también, el relieve del terreno (criterio últimamente en discusión)


Visualización de Terrenos (XXXV)

Quadtree

Consideración cercanía al observador

Criterio de resolución global

(calidad global de la malla)

Aumenta en cada división


Visualización de Terrenos (XXXVI)

Quadtree

Consideración relieve del terreno


Visualización de Terrenos (XXXVII)

Quadtree

Cuestiones sobre las que reflexionar ...

¿ Cómo gestionar texturas en quadtree? ¿ Hay la misma correspondencia LoD geometría/textura con respecto al geomipmapping ?

¿ Y una estrategia out-of-core ?

¿ Streaming ?


Visualización de Terrenos (XXXVIII)

ROAM Real-time Optimally Adapting Meshes

• Basado en árboles binarios de triángulos

• Diversas implementaciones (complejidad variable)

• Muy discutido últimamente, hasta alcanzar su última revisión basada en texturas 4-8


Visualización de Terrenos (XXXIX)


• Árbol binario de triángulos


Visualización de Terrenos (XL)


• Triángulos rectángulos isósceles

• Con 2 triángulos base puede representar superficies rectangulares

• Se puede obtener mayor grado de ‘continuidad’ en los niveles de detalle


Visualización de Terrenos (XLI)


• Las operaciones básicas para obtener la triangulación son la división y la fusión


Visualización de Terrenos (XLII)


• Las divisiones forzadas aseguran evitar ‘cracks’


Visualización de Terrenos (XLIII)


• Únicamente con divisiones (forzadas), partiendo de la triangulación base, podemos obtener cualquier triangulación (árbol binario de triángulos)

• Con la introducción de la fusión, puedo transitar siempre de una triangulación concreta a otra => COHERENCIA ENTRE FRAMES


Visualización de Terrenos (XLIV)


=> Enfoque sólo con divisiones


Visualización de Terrenos (XLV)


=> Enfoque divisiones y fusión


Visualización de Terrenos (XLVI)


• Diversos criterios de determinación de las prioridades para los triángulos, generalmente basadas en errores métricos (p.e. distorsiones geométricas en espacio pantalla)

• Diversos métodos de optimización (view frustum culling, stripping, etc.)


Efectos atmosféricos (I)


Efectos atmosféricos (II)

Una clasificación general:

• Sky/Atmospheric rendering

• Color del firmamento

• Cúpula o bóveda del cielo (sky-dome)

• Sky-box

• Sol y luna

• Estrellas

• Arco iris

• Lluvia, niebla, rayos y nieve

• Nubes

• Navegación subacuática


Efectos atmosféricos (III)

Sky/Atmospheric rendering • Color del firmamento

• Evidentemente, no es sólo azul

• Es un elemento determinante en la consecución de realismo

• Causado por: la dispersión de las moléculas del aire y los aerosoles, la altitud del sol, la dirección de la vista, la altitud del observador y la luz reflejada por la superficie

• También afectaría al mecanismo de sombreado de la superficie


Efectos atmosféricos (IV)


Sky-dome

• Aplicación de una textura

• Coloreado de vértices


Efectos atmosféricos (V)


Sky-dome


Efectos atmosféricos (VI)

Sky-Box de 6 texturas



Efectos atmosféricos (VII)

• Características de las partículas:Life Span, Current Position, Velocidad, Mass, Color, Translucency, Size, Air resistente.

Lluvia


Efectos atmosféricos (VIII)

Niebla


Efectos atmosféricos (IX)

Nubes


Efectos atmosféricos (X)

• Malla compuesta de polígonos.

– Un buffer de normales y vértices.– Actualización de las normales de los vértices en

tiempo real. – Cálculos de los vértices para crear físicamente

series realistas de ondas y olas.– Generación automática para las coordenadas

de las texturas para el mapa de reflexión del agua.

Agua

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