Animierte Schneeakkumulation mit dem Diffusionsschneemodell

1. Informatik Fakultät Institut für Softwaretechnik, Professur Computergraphik Verteidigung des Großen Belegs: Animierte Schneeakkumulation mit dem Diffusionsschneemodell Florian Klopfleisch Dresden, 20.01.2011

2. Übersicht • 1. Einführung • Motivation und Ziele des Beleges • Mathematische Grundlagen des Modells • Theoretische Lösung der Gleichung • 2. Implementierung • Überblick des Ablaufes • Einzelne Phasen des Ablaufes • 3. Ergebnisse • 4. Demonstration und Diskussion Animierte Schneeakkumulation

3. Einführung Motivation Ice Age 3 Lost Planet 2 TU Dresden, 20.01.2011 Animierte Schneeakkumulation

4. Einführung Zielstellung Animierte Schneeakkumulation

5. Einführung Grundlagen des Modells Diffusionsgleichung: Adaptiert auf den Schnee: Animierte Schneeakkumulation

6. Einführung Theoretische Lösung der Gleichung • mit dem explizitem Euler-Verfahren numerisch gelöst • man integriert numerisch mit der Schrittweite Beschneiung Glättung Animierte Schneeakkumulation

7. Implementierung Überblick – Prozessablauf Szene einlesen mit Depth-Peeling Datenstrukturen initialisieren Neue Höhen in Höhenpuffer speichern Triangulierung des Höhenspeichers Kopieren der Höhendaten in den Höhenspeicher Animierte Schneeakkumulation

8. Implementierung Überblick – Datenstrukturen • Benötigte Speicher : • Tiefenkarten • Schneehöhenspeicher • Puffer für Schneehöhen • optional: • Speicherung des Zustandes des Systems („Hotspot-Maps“) • Wie organisiert man die Speicher ? Animierte Schneeakkumulation

9. Implementierung Ablauf – Szene einlesen • wird per Depth-Peeling durchgeführt Schicht 1 Schicht 2 Animierte Schneeakkumulation

10. Implementierung Überblick – Neue Höhen berechnen Szene einlesen mit Depth-Peeling Datenstrukturen initialisieren Neue Höhen durch Diffusionsgleichung in Höhenpuffer speichern Triangulierung des Höhenspeichers Kopieren der Höhendaten in den Höhenspeicher Animierte Schneeakkumulation

11. Implementierung Ablauf – Neue Höhen berechnen Animierte Schneeakkumulation

12. Implementierung Ablauf – Neue Höhen berechnen • für die Glättung benötigt man vier Nachbarn Animierte Schneeakkumulation

13. Implementierung Ablauf – Laufstrategie bei Höhenberechnung … Neue Iteration • 1. Iteration • Spätere Iteration Animierte Schneeakkumulation

14. Implementierung Ablauf – angepasste Laufstrategie bei Höhenberechnung • Lösung: homogeneUnterteilung der Höhendatenstruktur • Höhendatenstruktur • Tiefenkarten Kachel: Speicher für einen Ausschnitt einer Kartenschicht. Animierte Schneeakkumulation

15. Implementierung Ablauf – angepasste Laufstrategie bei Höhenberechnung • Lösung: Unterteilung der Höhendatenstruktur Kacheln haben einen Zustand(aktiviert/allokiert oder nicht aktiviert) Animierte Schneeakkumulation

16. Implementierung Ablauf – angepasste Laufstrategie bei Höhenberechnung • Vorteile der Kacheln: • Speicher dynamisch allokierbar • wenig Berechnungen • Auslagerung auf die GPU ist möglich • Parallelisierbarkeit wird erhöht • Cacheeffiziente Speicherung bleibt erhalten • Fazit: skaliert wesentlich besser Animierte Schneeakkumulation

17. Implementierung Ablauf – Zustand speichern • Hotspot-Karten mit jeweils 32 Bit pro Höhenpunkt Animierte Schneeakkumulation

18. Implementierung Ablauf – Zustand speichern • Hotspot-Karten mit jeweils 32 Bit pro Höhenpunkt Hotspot-Karten 32 Bit 7 Bit => 128 – 2 = 126 Tiefenkarten 4 Bit => Zustand-Bits Animierte Schneeakkumulation

19. Ergebnisse Geschwindigkeitsmessung • Doppeldecker, 256x256 Tiefenkarten, dt = 0.01s Animierte Schneeakkumulation

20. Ergebnisse Erzeugte Schneedecken Animierte Schneeakkumulation

21. Abschluss Demonstration Animierte Schneeakkumulation

22. Abschluss Diskussion Animierte Schneeakkumulation