Institut für C omputer G raphik, TU Braunschweig ModNav3D D. Fellner, S. Havemann, G. Müller 1...
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ModNav3D
D. Fellner, S. Havemann, G. Müller
1Institut für ComputerGraphik, TU Braunschweig
Modellierung von und Navigation in
3D-Dokumenten (ModNav3D)
D. Fellner, S. Havemann, G. Müller
Institut für ComputerGraphik, TU Braunschweig
{d.fellner, s.havemann, gordon.mueller}@tu-bs.de
V3D2-Projekt
ModNav3D
D. Fellner, S. Havemann, G. Müller
2Institut für ComputerGraphik, TU Braunschweig
3D-Welten als digitale Dokumente
Probleme geeignete (verteilte !) Beschreibung Navigation (Retrieval) Effiziente interaktive Darstellung
Neue Sichtweise: Digital Libraries (DL) 3D-Modelle mit Strukturinformationen versehen Fazit nach zwei Jahren ModNav3D:
DLs und Computergraphik profitieren voneinander
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D. Fellner, S. Havemann, G. Müller
3Institut für ComputerGraphik, TU Braunschweig
Kernidee
Sehr große virtuelle Welten sind nur handhab-bar durch eine Kombination neuer Ansätze
Modellierung:Szenenbeschreibungen müssen kompakter und damit abstrakter werden
Visualisierung und Navigation:Effiziente Auswertung dieser Beschreibung
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4Institut für ComputerGraphik, TU Braunschweig
Mehrschicht-Modell
Generative Modellierung
Progressive Netze
Subdivision Surfaces
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5Institut für ComputerGraphik, TU Braunschweig
Modellierung 1: Subdivision Surfaces
Freiform-Modellierung reduziert auf Polyeder-Modellierung (Kontrollnetz)
Reduktion der Modellgröße um ein bis zwei Größenordnungen gegenüber Polygon-approximation
Adaptive Tesselierung während der Interaktion
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6Institut für ComputerGraphik, TU Braunschweig
Modellierung 2: Progressive Netze
Grundidee: Statt diskreter Levels of DetailSpeichere grobes Basisnetz und eine Liste der Verfeinerungsoperationen
Verallgemeinerung: Wohldefinierte Menge von elementaren Modellieroperationen für Polygonnetze
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7Institut für ComputerGraphik, TU Braunschweig
Modellierung 2: Elementaroperationen
faceSplit
edgeSplit
vertexSplit
edgeSwap
shellSplit
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8Institut für ComputerGraphik, TU Braunschweig
Modellierung 3: Generative Modellierung
Sequenz von Elementaroperationen als Makro Anwender definieren eigene
Modellieroperationen Bibliothek von Lösungen für
häufige Modellierprobleme => DL ! 3D-Modell enthält nur Makro-Aufrufe
=> drastisch kleinere Modelle [Demo]
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9Institut für ComputerGraphik, TU Braunschweig
Modellierung: Future Work
Subdivision Surfaces auf Drei-/Vierecksnetzen Elementaroperationen für Netze (STL) Generative Modelle: Datenstruktur enthält
Berechnungen mit Floats, 3D-Punkten u. Netzen To do:
Caching auf/zwischen allen ‘Ebenen’ Auswertung des Generativen Modells vor Aufbau
des Kontrollnetzes (=> [Demo])
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10Institut für ComputerGraphik, TU Braunschweig
Visualisierung und Navigation
Interaktion mit sehr großen 3D-Dok. nur möglich durch effizientes spatial retrieval (=> DL)
Visualisierung (Sichtbarkeitsberechnungen) Navigation (Kollisionserkennung und -reaktion)
Technische Grundlagen d. Szenenstrukturierung: automat. Aufbau “natürlicher” Objekthierarchien effizienter Strahlschnitt mit Objekten abstrakte, semantische Objektidentifikation
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11Institut für ComputerGraphik, TU Braunschweig
Visualisierung: Szenenhierarchisierung I
Gewünscht: intuitive hierarchische Verteilung der
Elementarobjekte für effiziente räumliche Anfragen
kurze Konstruktionszeiten keine manuelle Parameterwahl
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12Institut für ComputerGraphik, TU Braunschweig
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13Institut für ComputerGraphik, TU Braunschweig
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14Institut für ComputerGraphik, TU Braunschweig
Visualisierung: Szenenhierarchisierung II
Eigenschaften: Optimierung einer Kostenfunktion Enge Hüllkörper Automatisches Erkennen geometrischer Details Automatische Trennung entfernter Objekte Geringe Konstruktionszeiten: O(n log n)
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15Institut für ComputerGraphik, TU Braunschweig
Visualisierung: Anwendungen I
Raytracing[Hybrid Scene Structuring with Application to Ray Tracing, ICVC’99, Goa, 1999.][Vergleich von Beschleunigungstechniken für effizientes Ray-Tracing, TR TUBSCG-1998-01, 1998.]
beschleunigte Sichtbarkeitsberechnungen Kollisionserkennung hochqualitative Visualisierung
Radiosity[A Rapid Clustering Algorithm for Efficient Rendering, Eurographics 99, Milan, 1999.][Automatic Creation of Object Hierarchies for Radiosity Clustering, Pacific Graphics, Seoul, 1999.]
hierarchischer Energietransport [Video]
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16Institut für ComputerGraphik, TU Braunschweig
Visualisierung: Anwendungen II
Culling[Generation of Subdivision Hierarchies for Efficient Occlusion Culling of Large Polygonal Models, TR TUBSCG-1999-01, 1999 (also: TR WSI/GRIS, WSI-99-13, ISSN 0949-3852).]
View frustum culling Ausblenden unsichtbarer Bereiche
Occlusion culling Ausblenden verdeckter Bereiche
[Demo]
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17Institut für ComputerGraphik, TU Braunschweig
V3D2 Phase I: Zusammenfassung
Neuer, DL-orientierter Ansatz zur Modellierung und Visualisierung sehr großer 3D-Welten
strukturerhaltende, extrem kompakte Beschreibung effiziente Auswertung
Ergebnis: Leistungsfähige Komponenten Mehrschichtiger Aufbau ermöglicht Optimierungen
auf mehreren Ebenen Fazit: Tragfähiger neuer Ansatz
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18Institut für ComputerGraphik, TU Braunschweig
V3D2 Phase II: Konsolidierung
Integration und Abstimmung der Komponenten Entwurf eines Large Model Viewers
[Modeling of and navigation in complex 3D documents, Computers & Graphics (22)6 (1998).]
Aufbau einer DL von Werkzeugen und Modellen Collaborative Work: Verteilte 3D-Dokumente
[VR-Lab: A Multi User Environment for Educational Purposes and Presentations, VRML’99, Paderborn, 1999.]
Hochqualitative VisualisierungFarbreduktion[Dithered Color Quantisation, Eurographics’98, Lisbon, 1999. (best paper award)]
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19Institut für ComputerGraphik, TU Braunschweig
V3D2 Phase II: Erweiterungen
Erweiterung auf 3D-Modelle mit dynamischer Geometrie
Generative Modelle sind durchgängig parametrisiert=> Bestimmung parametrisierter Bounding Boxes
Hierarchisierung beweglicher Bounding Boxes Volumetrische Kollisionserkennung Parallelisierung (multithreading)