QuadLOD : Uma Estrutura para a Visualização Interativa de Terrenos

1. QuadLOD: Uma Estrutura para a Visualização Interativa de Terrenos Rodrigo Penteado R. de Toledo Orientador: Marcelo GattassCo-orientador: Luiz Velho PUC-RIO - TecGraf

2. OBJETIVO Gerar imagem a partir dos dados de um terreno. Trocar o ponto de vista em tempo real.

3. MODELAGEM DIGITAL DE TERRENOS Modelo Representação Reconstrução

4. MODELO Função de duas variáveis:

5. REPRESENTAÇÃO Amostras de alturas: Grade regular Distribuição irregular

6. RECONSTRUÇÃO Superfície poligonal de altura:(malha de triângulos) Malha regular Malha irregular

7. PIPELINE

8. PIPELINE

9. PIPELINE

10. PIPELINE

11. PIPELINE ?

12. VISUALIZAÇÃO Câmera Virtual

13. RESOLUÇÃO E VISUALIZAÇÃO CâmeraPerto CâmeraLonge

14. VISUALIZAÇÃO DE TERRENO Terreno visto inclinadamente

15. COMO SELECIONAR A RESOLUÇÃO? FUNÇÃO ADAPTATIVA Critérios (geométricos e/ou perceptuais): • Distância • Projeção dos polígonos • Silhueta • Centro da imagem • Velocidade

16. EXEMPLO DE FUNÇÃO ADAPTATIVA Função Adaptativa baseada em distância (usada na implementação)

17. ESTRUTURAS HIERÁRQUICAS Classificação: Não Adaptativas: Estruturas de Multi-resolução Estruturas Progressivas Adaptativas: Estruturas de Resolução Variável

18. ESTRUTURAS DE MULTI-RESOLUÇÃO Construção: refinamento globalMalhas regulares

19. ESTRUTURAS PROGRESSIVAS Construção: Simplicamento localMalhas irregularesOrdem das operações pré-fixada Obs: Pode ser armazenado com seqüência de operações

20. ESTRUTURAS DE RESOLUÇÃO VARIÁVEL Construção: Operações locais(refinamento ou simplificação)Malhas regulares ou irregularesOrdem das operações não é fixaRepresentação: DAG grafo dedependência (interferência)

21. ESTRUTURAS HIERÁRQUICAS E VISUALIZAÇÃO • Permitem visualização interativa • Construção da estrutura em pré-processamento • Extração em tempo real • Estrutura adequada: Resolução Variável • Malhas Regulares • Malhas Irregulares

22. Conceitos: • Bloco Regular • Estrutura Regular Subjacente • Estrutura Regular em Multi-resolução QuadLOD  Malha irregular com estrutura regular.Combina vantagens de estruturas regulares e irregulares.

23. BLOCO REGULAR • Região retangular de uma malha irregular. • Interior: malha irregular. • Fronteira: quatro poligonais retas.

24. ESTRUTURA REGULAR SUBJACENTE União da fronteira dos blocos regulares

25. Estrutura Regular em Multi-resolução Decomposição hierárquica do domínio

26. ESTRUTURA QuadLOD Malha irregular de resolução variável com uma estrutura regular de multi-resolução

27. Decomposição hierárquica: árvore quaternária. Cada nó: malha progressiva Representação da QuadLOD Compatibilidade: • Triangulação dos nós pais e filhos • Restrição de fronteira

28. Vantagem Desvantagem Estrutura Hierárquica irrestrita Triângulos Finos ANÁLISE

29. CONSTRUÇÃO DA QuadLOD • Pré-processamento • Construção da Hierarquia • Simplificação dos Blocos Regulares

30.  Mapa de Alturas Malha estrutura regular PRÉ-PROCESSAMENTO Objetivo:Gerar malha irregular com estrutura regular subjacente. Pré-processamento depende do dado de entrada.

31. CONSTRUÇÃO DA HIERARQUIA Objetivo:Montagem da quadtree (decomposição hierárquica do domínio)

32. SIMPLIFICAÇÃO DOSBLOCOS REGULARES Objetivo:Obter uma estrutura de multi-resolução. Construção da malha progressiva (biblioteca MLOD).

33. ETAPAS DA CONSTRUÇÃO DA QuadLOD

34. VISUALIZAÇÃO COM QuadLOD • Interatividade: • malha compatível com a resolução da tela. • frame rate constante (15 a 30 frames por segundo) Algoritmo: Visualiza(){ Lê estrutura que represente o terreno Para sempre { Obtém parâmetros de câmera malha = EXTRAI_MALHA (parâmetros) Desenha (malha) }}

35. EXTRAÇÃO DA MALHA EXTRAI_MALHA(parâmetros){ Calcula uma função de adaptação DECIDE_RESOLUÇÃO_MALHA (função de adaptação) Retorna a malha com a resolução calculada} Função adaptativa:distância projetada e normalizada [0,1]. • Vantagens: • Bons resultados perceptuais. • Pode-se usar o Z-Buffer.

36. DECIDE_RESOLUÇÃO_MALHA • Duas etapas: • 1. Cálculo da resolução ideal • 1.1. Escolha do nível hierárquico (top-down) • 1.2. Escolha da resolução do nó • 2. Cálculo da resolução a ser desenhada • 2.1. Transição

37. TRANSIÇÃO • Evita descontinuidade na troca de resolução. • Interpola entre última malha desenhada e a ideal. • Faz uso da malha progressiva.(interpola posição dos vértices)

38. TEXTURA • Exemplos: • Foto de satélite • Mapa temático • Imagem pré-iluminada do terreno.

39. Imagem pré-iluminada Aplicação de textura é mais eficiente que o cálculo de iluminação A resolução do sombreamento independe da resolução da malha Iluminação em tempo real Resposta imediata a qualquer alteração na fonte de luz (posição, intensidade ou cor) TEXTURA E ILUMINAÇÃO

40. EFEITOS FOG (simula atenuação d’água no fundo mar)

41. TESTES • Medições: • frames por segundo • triângulos desperdiçados • triângulos em transição • tamanho dos triângulos • Experimentos: • 2 terrenos • 3 caminhos • 3 plataformas

42. Terrenos Terreno Submerso: Terreno Bolívia: (60 milhões de amostras 725 mil triângulos) (1,6 milhões de amostras 230 mil triângulos)

43. CAMINHOS SUBMERSOS Caminho Submerso1 Caminho Submerso2

44. RESULTADOS CAMINHO SUBMERSO1 Triângulos desenhados por frame: Triângulos desperdiçados e bons:

45. (a) (b) (a) RESULTADOS CAMINHO SUBMERSO2 (triângulos por frame) Caminho de ida e volta. (a) (b) (a) A volta é de marcha ré. (frame rate)

46. RESULTADOS CAMINHO BOLÍVIA Triângulos desenhados por frame:

47. Frame 632 do caminho Submerso1: Frame 328 do caminho Bolívia: Análise de 1 frame Histograma do tamanho dos triângulos

48. APLICAÇÃO VÍDEO

49. CONCLUSÃO QuadLOD: nova estrutura para representação digital de terrenos • Vantagens: • Permite a visualização interativa de terrenos complexos • Combina características de malhas regulares e irregulares

50. ANÁLISE Estrutura regular facilita a construção e uso da representação Função adaptativa baseada em distância teve bons resultados Grande proporção de triângulos desperdiçados. O uso do Z-Buffer para a visualização permite visualização de outros objetos.