title: Parallele Verarbeitung von Polygonnetzen
title: Parallel Mesh Processing
Creators: name: Derzapf, Evgenij
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2012
Subjects: Prozedurale Generierung
Simplifizierung
Parallelverarbeitung
Polygonnetze
Procedural Mesh Generation
Informatik
Datenstrukturen
Rendering
Dreidimensionale geometrische Modellierung
Level of Detail
Generierung
Lod
Parallel Progressive Meshes
Kompression
Complex Meshes
Echtzeit Rendering

description: Current research in the field of
      computer graphics tries to meet the increasing user
      requirements and produces more realistic looking images.
      Accordingly, the scenes and techniques that are used to
      display the images tend to be come more complex. This
      increases the required computing power, because the models of
      the scene can consist of billions of polygons and must be
      displayed in real-time. Realistic image rendering consist of
      three parts: models, materials and illumination. Today, some
      methods for efficient and realistic approximation of the
      global illumination exist. Similarly, there are algorithms
      for the creation of realistic materials. There are also
      methods for real-time rendering of models available, but most
      of them work only for scenes of average complexity and fail
      for very complex scenes. The models are the base of a scene.
      The optimization of the model representation has a direct
      impact on the efficiency of algorithms for rendering of
      material and illumination, so that only an optimized model
      representation enables real-time rendering. Many models used
      in computer graphics are represented by triangle meshes. The
      amount of data is mostly enormous, to represent the richness
      of detail and meet the increasing requirements for real-time
      rendering. Despite the enormous processing power of modern
      GPUs, highly detailed models cannot be rendered in real-time.
      Therefore, particularly with regard to real-time simulations,
      it is necessary to develop efficient algorithms. These
      algorithms need to be used for visibility culling,
      level-of-detail (LOD), out-of-core memory management, and
      compression. On the other hand, these algorithms should work
      very efficiently, to avoid impeding the rendering. Parallel
      data processing is required to efficiently process large
      amounts of data. The core contributions of this thesis are
      new algorithms and data structures which are specially
      developed for efficient parallel data processing. They allow
      for real time rendering and editing of very complex models
      and scenes. These algorithms are divided into two phases:
      First, in an offline-phase8, data structures are generated
      and optimized for parallel processing. In the second phase,
      the generated data structures are used for real time
      rendering. Another contribution of this thesis is an
      algorithm which generates procedurally a very realistic
      looking planet and render it in real-time.
description: 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.