Echtzeitdarstellung von Volumendaten mit einem Level of Detail System

Inhaltsverzeichnis (Table of Contents)

• Einleitung
• Problemstellung
• Vorgehensweise
• Volumenmodell
• Zusammenhangende Entwicklung
• Isosurface Generierung
• Material
• Hohenfeld basiertes Terrain
• Volumenbasiertes Terrain
• Dichtefunktion
• 3D Texturen
• Constructive Solid Geometry
• Grundformen
• Operatoren
• Ein Constructive Solid Geometry Baum
• Verfahren der Volumendarstellung
• Dual Marching Cubes
• Generierung des Octrees
• Isolierung von Features
• Bilden des Dualgitters
• Konturierung des Dualgitters
• Marching Squares Skirts
• Material
• Triplanare Texturierung
• Normal Mapping
• Beleuchtung
• Nebel
• Level of Detail
• Aufbau des Chunkbaums
• Chunkauswahl beim Zeichnen
• OGRE
• Google Summer of Code 2012
• Wichtige Klassen fur das Projekt
• Softwarearchitektur
• Aufbau des Chunkbaums
• Auswahl der Chunks beim Zeichnen
• Weitere Funktionen
• Implementierung
• Dichtefunktion
• Chunkbaum
• Material
• Chunkauswahl beim Zeichnen
• Abschlussbetrachtung
• Leistungsfahigkeit
• Ladezeit
• Laufzeit
• Ergebnis des Google Summer of Code 2012
• Zukunftige Entwicklung
• Entwicklung eines grafischen Editors
• Paging
• Constructive Solid Geometry
• CSGXML
• Rauschfunktion
• Verbesserte CSG Operatoren
• Matrix CSG
• Weitere Grundformen
• Schnitt mit Strahlen und den generierten Dreiecken
• Material
• Mehrere Textursets bei der triplanaren Texturierung
• Ambient Occlusion
• Parallax Occlusion Mapping
• Verbesserung des Polygonnetzes
• Implementierung von Marching Cubes 33
• Extraktion von scharfen Kanten
• Verbesserung der LOD-Wechsel
• Reduzierung der Anzahl kleiner Dreiecke
• Fazit

Zielsetzung und Themenschwerpunkte (Objectives and Key Themes)

Die Masterthesis beschreibt die Entwicklung eines Verfahrens zur Echtzeitdarstellung von Volumendaten mit einem Level of Detail System. Das Hauptanwendungsgebiet ist die Darstellung von Terrain. Die Zielsetzung ist es, ein effizientes und flexibel einsetzbares Verfahren zu entwickeln, das in Echtzeit großflächige Landschaften darstellen kann.

• Volumenbasierte Modellierung mit verschiedenen Dichtefunktionen (3D Texturen, Constructive Solid Geometry)
• Generierung von Polygonnetzen aus Volumendaten mittels Dual Marching Cubes
• Implementierung eines Level of Detail Systems zur Optimierung der Performance
• Einsatz von triplanarer Texturierung und Normal Mapping zur realistischen Materialdarstellung
• Integration der entwickelten Software in die 3D Engine OGRE

Zusammenfassung der Kapitel (Chapter Summaries)

Die Einleitung führt in die Thematik der Terrain-Darstellung mit Hohenfeldern und Volumendaten ein und beschreibt die Herausforderungen, die mit der Echtzeitdarstellung großer Landschaften verbunden sind. Die Vorgehensweise und die wichtigsten Themengebiete der Masterthesis werden vorgestellt.

Kapitel 2 erläutert das Volumenmodell, das als Basis für die Modellierung der Szene dient. Es werden die Dichtefunktion und der Gradientenvektor als wichtige Konzepte zur Beschreibung des Volumens vorgestellt.

Kapitel 3 befasst sich mit der zusammenhängenden Entwicklung im Bereich der Isosurface-Generierung, Materialdarstellung und der Terrain-Darstellung. Es werden verschiedene Algorithmen und Methoden beschrieben, die auf Hohenfeldern und Volumendaten basieren.

Kapitel 4 beschreibt die beiden implementierten Dichtefunktionen: 3D Texturen und Constructive Solid Geometry (CSG). Es werden die Möglichkeiten zur Definition der Dichtefunktion und zur Berechnung des Gradientenvektors erläutert.

Kapitel 5 stellt das entwickelte Verfahren zur Volumendarstellung vor. Es werden die einzelnen Schritte des Dual Marching Cubes Algorithmus erläutert, die zur Generierung des Polygonnetzes führen. Die Marching Squares Skirts dienen zur Schließung von Lücken zwischen den Polygonnetzen unterschiedlicher Detailstufen. Es werden außerdem die Materialeigenschaften, wie triplanare Texturierung, Normal Mapping, Beleuchtung und Nebel, beschrieben.

Kapitel 6 stellt die verwendete 3D Engine OGRE vor. Das Projekt wurde im Rahmen des Google Summer of Code 2012 entwickelt und ist mittlerweile Bestandteil von OGRE.

Kapitel 7 gibt einen Überblick über die Softwarearchitektur der entwickelten Volumenkomponente. Die wichtigsten Klassen und deren Interaktionen werden erläutert.

Kapitel 8 beschreibt die Implementierungsdetails, wie das Laden der 3D Texturen, der Aufbau des Chunkbaums, die Materialdefinitionen und die Chunkauswahl beim Zeichnen. Die Parallelisierung des Ladeprozesses mit Hilfe der WorkQueue von OGRE wird vorgestellt.

Die Abschlussbetrachtung in Kapitel 9 evaluiert die Leistungsfähigkeit des entwickelten Systems. Es werden die Ladezeiten und die Laufzeitperformance in verschiedenen Szenarien analysiert. Die Ergebnisse des Google Summer of Code 2012 werden präsentiert und die zukünftige Entwicklung des Projekts skizziert. Abschließend wird ein Fazit gezogen.

Schlüsselwörter (Keywords)

Die Masterthesis befasst sich mit der Echtzeitdarstellung von Volumendaten, insbesondere für die Darstellung von Terrain. Die wichtigsten Schlüsselwörter sind: Volumendarstellung, Level of Detail, Dual Marching Cubes, Triplanare Texturierung, Normal Mapping, Constructive Solid Geometry, OGRE, Google Summer of Code.