institut für c omputer g raphik, tu braunschweig modnav3d d. fellner, s. havemann, g. müller 1...

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

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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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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)