tratamento eficiente de visibilidade atravÉs de...

TRATAMENTO EFICIENTE DE VISIBILIDADE ATRAVÉS DE

ÁRVORES DE VOLUMES ENVOLVENTES

Mauricio Hofmam

ObjetivoApresentar um estudo do uso de volumes envolventes para determinar os conjuntos de polígonos potencialmente visíveis, pertencentes a um modelo tridimensional

Objetivo (cont.)

Avaliar o desempenho de diversos tipos devolumes envolventes

Propor formas de estruturar modelos deengenharia numa hierarquia para diminuir oscálculos necessários para os testes devisibilidade

Características Desejáveis de uma Técnica de Cálculo de Visibilidade

Generalidade

Portabilidade

Melhora significativa do desempenho da aplicação

Cena Virtual

objetos geométricosluzescâmerasauxiliarescomponentes mecânicossistemas de partículasorganização

Organização de Cenas Industriais

De acordo com:O projeto de engenhariaDependências entre objetos (transformações de instanciação)Os atributos de aparênciaTécnicas para a solução de questões de visibilidadeUma combinação dessas associações

Estruturação do modelo para tratamento de visibilidade

Montagem manual Montagem automática Aglomerados (de baixo para cima) Árvore-kd adaptativa (de cima para baixo) Árvore-R estática (de baixo para cima) ...

Uso de critérios de proximidade e de quantidade mínima e máxima de entidades por nível

Árvore-kd adaptativa

Árvore-R Estática

Árvore-R Estática - Curvas de Hilbert

Volumes Envolventes

Volume de Visão

Polígono Oclusor

Árvores de Volumes Envolventes de Modelos Dinâmicos

Soluções imediatas: calcular e usar os volumes envolventes somente

para níveis da árvore do modelo a partir dos quais não haja mais movimento

recalcular grosseiramente os volumes envolventes desatualizados

Soluções Propostas Sentinelas x posição preferencial Uso de envoltórias de movimento para calcular os

volumes envolventes dos nós superiores Indexação espacial de dois níveis

Sentinelas e Posição Preferencial

Envoltória de movimentos

Hierarquia Dupla

Resumo da TécnicaCriar uma organização de entidades apropriada na cena (grafo de cena)Calcular os vários tipos de volumes envolventes para cada nó do grafo Testar recursivamente contra o volume de visão e contra os oclusores o volume envolvente apropriado de cada nó do grafo até que um nó seja eliminado ou termine em uma folha que será desenhada

Redução do número de triângulos e do número de cálculos nos testes de visibilidade

Seleção do Volume Apropriado

Depende de:Custo de se testar um determinado volumeComo a cena será visualizadaElaboração de uma estratégia de teste adequada

Opções:Um único volumeMenor volumeMenor volume ponderadoAspecto do objeto

Razões de Aspecto

Critérios de Seleção

Modelos testados – Modelo abstrato• 48 objetos com 3.900

a 10.500 faces

• Total de 395.000 faces

• Duração: 60 seg

Modelos testados – Plataforma 01

• 5400 objetos com 2 a 3000 faces

• Total de 1.250.000 faces


• 1 oclusor

Modelos testados – Plataforma 02• 537 objetos com 2 a 12.300 faces

• Total de 376.000 faces


Esfera mínima X esfera que envolve a caixa alinhada com os eixos Plataforma 01 - Triângulos submetidos

0

100000

200000

300000

400000

500000

600000

700000

800000

0 20 40 60 80 100 120

Esfera mínima Esfera-cae

Esfera mínima X esfera que envolve a caixa alinhada com os eixos Plataforma 01 - Testes de descarte

0

200

400

600

800

1000

1200

0 20 40 60 80 100 120


Esfera mínima X esfera que envolve a caixa alinhada com os eixos Plataforma 01 - Quadros por segundo

0

50

100

150

200

250

0 20 40 60 80 100 120


Desempenho de cada volume envolvente Modelo abstrato - Triângulos submetidos

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

0 10 20 30 40 50 60

Desempenho de cada volume envolvente Modelo abstrato - Triângulos submetidos

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

0 10 20 30 40 50 60

Esferas Menor volume envolvente

Desempenho de cada volume envolvente Modelo abstrato - Testes de descarte

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 10 20 30 40 50 60


Desempenho de cada volume envolvente Modelo abstrato - Quadros por segundo

0

10

20

30

40

50

60

0 10 20 30 40 50 60


Desempenho de cada volume envolventePlataforma 01 - Triângulos submetidos

0

100000

200000

300000

400000

500000

600000

700000

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130


Desempenho de cada volume envolventePlataforma 01 - Testes contra o volume de visão

0

200

400

600

800

1000

1200

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130


Desempenho de cada volume envolventePlataforma 01 - Testes contra o oclusor

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130


Desempenho de cada volume envolventePlataforma 01 - Quadros por segundo

0

50

100

150

200

250

0 20 40 60 80 100 120


Desempenho de cada volume envolventePlataforma 02 - Triângulos submetidos

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

0 10 20 30 40 50 60 70 80


Desempenho de cada volume envolventePlataforma 02 - Testes de descarte

0

100

200

300

400

500

600

700

0 10 20 30 40 50 60 70 80


Desempenho de cada volume envolventePlataforma 02 - Quadros por segundo

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 10 20 30 40 50 60 70 80


Triângulos submetidosPlataforma 02

02000400060008000

1000012000140001600018000

Cai

xas

Cáp

sula

s

Cili

ndro

s

Esfe

ras

Past

ilhas

Asp

ecto

Volu

me

Volu

me

Pond

Testes de descartePlataforma 02

141

156

177191

138 138 135

156

020406080

100120140160180200

Cai

xas

Cáp

sula

s

Cili

ndro

s

Esfe

ras

Past

ilhas

Asp

ecto

Volu

me

Volu

me

Pond

Quadros por segundoPlataforma 02

32 3231

25

3534

3534

0

5

10

15

20

25

30

35C

aixa

s

Cáp

sula

s

Cili

ndro

s

Esfe

ras

Past

ilhas

Asp

ecto

Volu

me

Volu

me

Pond

Organizações: Funcional X Árvore-kd 4Plataforma 02

0

20

40

60

80

100

120

140

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Hierarquia Funcional de Engenharia Árvore-kd 4

Organizações: Árvore-r X Árvore-kdPlataforma 02

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

Caixas Cápsulas Cilindros Esferas Pastilhas Aspecto Volume VolumePond

Árvore-r

2 ramos 4 ramos 8 ramos 16 ramos

Árvore-kd adaptativa

Caixas Cápsulas Cilindros Esferas Pastilhas Aspecto Volume VolumePond

Conclusões

Os resultados obtidos dependem da complexidade dos objetos gráficosA eficiência de um tipo de volume envolvente depende da sua capacidade de eliminar triângulos não visíveisApesar dos cálculos de descarte consumirem pouco tempo de processamento é necessário esforço para minimizar o número desses cálculosA árvore-kd e a árvore-R estática, tradicionalmente usadas em indexação espacial, se mostraram boas estruturas para a organização de modelos tridimensionais para visualização interativaO critério de agrupamento funcional do projeto de engenharia se mostrou menos eficienteAs esferas mostraram ser o volume envolvente menos eficiente para os cálculos de descarte

Principais contribuiçõesA proposta de organização do grafo de cena em uma hierarquia de dois níveis, de forma que tanto objetos estáticos (ou vinculados) como objetos em movimento possam ser acomodados em uma estrutura hierárquica eficienteO estudo comparativo de volumes envolventes para o descarte de objetos não visíveisA proposta de uso de técnicas de indexação espacial para a organização de modelos tridimensionais para visualização interativaA avaliação da eficácia de se calcular volumes mínimos em vez de volumes apenas bem ajustados

Trabalhos Futuros

Pesquisar a determinação dos oclusores compensadores e formas de combiná-los e de proceder os testesInvestigar os custos de se atualizar a estrutura de modelos não determinístico e avaliar em que condições vale a pena recalcular volumes durante o curso da simulaçãoExperimentar outras formas de organização de cena para compará-las às usadas nesta dissertaçãoExperimentar a subdivisão de modelos com objetos complexos e o uso de volumes envolventes para testes de visibilidade com essas fraçõesExplorar a coerência temporal da simulação para reduzir a média suposta de 3,5 planos testados para cada descarte

Trabalhos RelacionadosAlgoritmos para cálculo de volumes envolventes Técnicas para organização e indexação espacial Métodos para determinação de visibilidade algoritmos de remoção de superfícies

ocultas algoritmos de descarte, que detectam e

descartam partes não visíveis de um modelo

Determinação de VisibilidadeClark propôs em 1976 uma hierarquia de volumes envolventes estruturada em árvoreOBB-Tree, 1996 – Uma Estrutura Hierárquica para Rápida Detecção de Interferência – S. Gottschalk, M. C. Lin e D. Manocha Mapa de Oclusão Hierárquico – HOM Hansong Zhang, 1998Esqueleto de Visibilidade, 1998 - Frédo Durand, George Drettakis, e Claude Puech

Diálogo de seleção do volume baseada no aspecto

Árvore de decisão para seleção do volume baseada no aspecto

Desempenho de cada volume envolvente - Modelo abstrato

0

10

20

30

40

50

60

0 10 20 30 40 50 60

Test

es d

e D

esca

rte

Caixas Cápsulas Cilindros Esferas Pastilhas Aspecto Volume Volume Pond.

Desempenho de cada volume envolvente - Modelo abstrato

0

10

20

30

40

50

60

70

0 10 20 30 40 50 60

QPS


0

100000

200000

300000

400000

500000

600000

700000

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130

Triâ

ngul

os S

ubm

etid

os

Caixas - Cápsulas Cilindros Esferas Pastilhas Aspecto Volume Volume Pond

Desempenho de cada volume envolvente- Plataforma 01


0

200

400

600

800

1000

1200

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130

Test

es d

e D

esca

rte



0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130

Test

es d

e D

esca

rte

Con

tra

Ocl

usor



0

50

100

150

200

250

0 20 40 60 80 100 120

QPS

Caixas Cápsulas Cilindros Esferas Pastilhas Aspecto Volume Pond. Volume


0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Triâ

ngul

os s

ubm

etid

os


Organizações: Funcional X Árvore-kd 4- Plataforma 02

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

350000

Cai

xas

Cáp

sula

s

Cili

ndro

s

Esfe

ras

Past

ilhas

Asp

ecto

Volu

me

Volu

me

Pond

OrganizaçõesPlataforma 01 - Quadros por segundo

0

50

100

150

200

250

0 20 40 60 80 100 120

tratamento eficiente de visibilidade atravÉs de...

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