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Philipps-Universität Marburg
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Abstract
Die aktuelle Forschung im Bereich der Computergrafik versucht den zunehmenden Ansprüchen der Anwender gerecht zu werden und erzeugt immer realistischer wirkende Bilder. Dementsprechend werden die Szenen und Verfahren, die zur Darstellung der Bilder genutzt werden, immer komplexer. So eine Entwicklung ist unweigerlich mit der Steigerung der erforderlichen Rechenleistung verbunden, da die Modelle, aus denen eine Szene besteht, aus Milliarden von Polygonen bestehen können und in Echtzeit dargestellt werden müssen.
Die realistische Bilddarstellung ruht auf drei Säulen: Modelle, Materialien und Beleuchtung. Heutzutage gibt es einige Verfahren für effiziente und realistische Approximation der globalen Beleuchtung. Genauso existieren Algorithmen zur Erstellung von realistischen Materialien. Es gibt zwar auch Verfahren für das Rendering von Modellen in Echtzeit, diese funktionieren aber meist nur für Szenen mittlerer Komplexität und scheitern bei sehr komplexen Szenen.
Die Modelle bilden die Grundlage einer Szene; deren Optimierung hat unmittelbare
Auswirkungen auf die Effizienz der Verfahren zur Materialdarstellung und Beleuchtung, so dass erst eine optimierte Modellrepräsentation eine Echtzeitdarstellung ermöglicht. Viele der in der Computergrafik verwendeten Modelle werden mit Hilfe der Dreiecksnetze repräsentiert. Das darin enthaltende Datenvolumen ist enorm, um letztlich den Detailreichtum der jeweiligen Objekte darstellen bzw. den wachsenden Realitätsanspruch bewältigen zu können. Das Rendern von komplexen, aus Millionen von Dreiecken bestehenden
Modellen stellt selbst für moderne Grafikkarten eine große Herausforderung dar.
Daher ist es insbesondere für die Echtzeitsimulationen notwendig, effiziente Algorithmen zu entwickeln. Solche Algorithmen sollten einerseits Visibility Culling1, Level-of-Detail, (LOD), Out-of-Core Speicherverwaltung und Kompression unterstützen. Anderseits sollte diese Optimierung sehr effizient arbeiten, um das Rendering nicht noch zusätzlich zu behindern. Dies erfordert die Entwicklung paralleler Verfahren, die in der Lage sind, die enorme Datenflut effizient zu verarbeiten.
Der Kernbeitrag dieser Arbeit sind neuartige Algorithmen und Datenstrukturen, die speziell für eine effiziente parallele Datenverarbeitung entwickelt wurden und in der Lage sind sehr komplexe Modelle und Szenen in Echtzeit darzustellen, sowie zu modellieren. Diese Algorithmen arbeiten in zwei Phasen: Zunächst wird in einer Offline-Phase die Datenstruktur erzeugt und für parallele Verarbeitung optimiert. Die optimierte Datenstruktur wird dann in der zweiten Phase für das Echtzeitrendering verwendet.
Ein weiterer Beitrag dieser Arbeit ist ein Algorithmus, welcher in der Lage ist, einen sehr realistisch wirkenden Planeten prozedural zu generieren und in Echtzeit zu rendern.
Review
Metadata
Contributors
Supervisor:
Dates
Created: 2012Issued: 2012-11-06Updated: 2012-11-06
Faculty
Fachbereich Mathematik und Informatik
Publisher
Philipps-Universität Marburg
Language
eng
Data types
DoctoralThesis
Keywords
DatenstrukturenProcedural Mesh GenerationRenderingSimplifizierungStandardsLanguagesInteraction techniquesGraphics data structures and data typesErgonomicsDevice independence**Methodology and TechniquesLevel of DetailPolygonnetzeHidden line/surface removalVirtual realityColor, shading, shadowing, and textureRadiosityFractalsAnimationRaytracingVisible line/surface algorithmsThree-Dimensional Graphics and RealismViewing algorithmsLine and curve generationDisplay algorithmsDigitizing and scanningBitmap and framebuffer operationsAntialiasing**Picture/Image GenerationComplex MeshesParallel Progressive MeshesEchtzeit RenderingConstructive solid geometry (CSG)**Modeling packagesPhysically based modelingHierarchy and geometric transformationsSplinesComputational Geometry and Object ModelingBoundary representationsCurve, surface, solid, and object representationsGeometric algorithms, languages, and systemsObject hierarchiesHardware Architecture (B.4.2)Input devicesVector display devices**Parallel processingStorage devices**Three-dimensional displays**Hardcopy devices**Raster display devicesGraphics processorsProzedurale Generierung
DFG-subjects
KompressionParallelverarbeitungLodGenerierungDreidimensionale geometrische Modellierung
DDC-Numbers
004
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Derzapf, Evgenij: Parallel Mesh Processing. : Philipps-Universität Marburg 2012-11-06. DOI: https://doi.org/10.17192/z2012.0945.
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