Informatik Fakultät Lehrstuhl für Computergrafik und Visualisierung. René Lützner

Größe: px

Ab Seite anzeigen:

Download "Informatik Fakultät Lehrstuhl für Computergrafik und Visualisierung. René Lützner"

Gertrud Schäfer
vor 5 Jahren
Abrufe

1 Informatik Fakultät Lehrstuhl für Computergrafik und Visualisierung René Lützner Dresden,

Motivation Computer Simulationen von dynamischen Molekulardaten Eigenschaften und Verhalten von großen Molekülmengen untersuchen Beschleunigung von Molekulardatendarstellungen Visualisierung der

2 Motivation Computer Simulationen von dynamischen Molekulardaten Eigenschaften und Verhalten von großen Molekülmengen untersuchen Beschleunigung von Molekulardatendarstellungen Visualisierung der Molekülbewegungen und Interaktionen in Echtzeit Visualisierung von Anziehungskräften zwischen Molekülen Beeinflussen maßgeblich die Bewegung der Moleküle Verhalten der gesamten Molekülmenge besser nachvollziehbar

3 Zielstellung 1. in OptiX bereits vorhanden Beschleunigungsstrukturen hinsichtlich ihrer Eignung untersuchen Strukturierung und Gruppierung der Molekülemenge um die Effizienz der Beschleunigungsstrukturen zu verbessern Animation dieser inklusive Schatten, Reflexionen und Refraktion 2. Verformung der Moleküle durch Höhenfeld mit Displacement Mapping Verwaltung der Höhenfelder mit einem Texture-Atlas

4 Zielstellung

5 OptiX Framework Benutzerdefinierte GPU Programme Just in time Compiler Ray Tracing Kernel Szenen- Darstellung

6 OptiX Ray Tracing Pipeline Launch Traverse Shade rtcontextlaunch Ray Generation Program rttrace Traverse

7 OptiX Ray Tracing Pipeline Launch Traverse Shade Node Graph Traversal Acceleration Traversal Intersection Program Shade

8 OptiX Ray Tracing Pipeline Launch Traverse Shade Miss Program Closest Hit Program Any Hit Program rttrace Traverse

9 OptiX Geometrie Graph Strukturierung GeometryGroup -Instance

10 OptiX Geometrie Graph Strukturierung GeometryGroup Geometry-Instance Geometry

11 OptiX Geometrie Graph Strukturierung GeometryGroup Acceleration Geometry-Instance Geometry

12 OptiX Geometrie Graph Strukturierung GeometryGroup Acceleration Geometry-Instance Geometry-Instance Geometry-Instance Geometry Geometry Geometry

13 OptiX Geometrie Graph Strukturierung Group Acceleration GeometryGroup GeometryGroup GeometryGroup Acceleration Acceleration Acceleration Geometry- Instance Geometry Geometry- Instance Geometry Geometry- Instance Geometry

14 Beschleunigungsstrukturen OptiX Builder NoAccel BVH Median BVH Triangle KD-Tree LBVH SBVH Traverser NoAccel BVH BVH KD-Tree BVH BVH

15 LBVH Morton Kurve Sortierte Morton Codes Resultierende Binärbaum

kostengünstigere Erstellung als KD-Baum Adaption der

16 SBVH Kombination aus Objekt- und Raum-Unterteilung Bessere Unterteilung als beim BVH aber auch kostengünstigere Erstellung als KD-Baum Adaption der Kindknotengröße bei Split in allen Dimensionen BVH SBVH

17 Beschleunigungsstrukturen Gruppierung von Molekülen durch Cluster Hierarchie Statt einzelner Primitiven, strukturierte Gruppierungen Vorberechnet auf der CPU Beschleunigte Erstellung der zusätzlich verwendeten OptiX Struktur Single Instance

18 Cluster Hierarchie Aufbau Cluster Hierarchie

19 Ellipsoid Bounding Volume Grobe Abschätzung des Volumens im Koordinatensystem der Eigenvektoren Auswahl der Ecke des molekülumschließenden Würfels der am weitesten vom Ursprung weg ist Die entsprechenden Maxima der Dimensionsbeträge des Eckpunktes werden als initiale Maße genutzt Transformation der Eckpunkte in ein Koordinatensystem, wo das Ellipsoid einer Kugel entspricht und auf Inklusion testen

20 Statische Szene Animation Vergleich Beschleunigungsstrukturen

21 Zielstellung 1. in OptiX bereits vorhanden Beschleunigungsstrukturen hinsichtlich ihrer Eignung untersuchen Strukturierung und Gruppierung der Molekülemenge um die Effizienz der Beschleunigungsstrukturen zu verbessern Animation dieser inklusive Schatten, Reflexionen und Refraktion 2. Verformung der Moleküle durch Höhenfeld mit Displacement Mapping Verwaltung der Höhenfelder mit einem Texture-Atlas

22 Verformung der Kugeln Durch Höhenfeld definierte Verformung Texture Mapping Sphere Mapping Octahedron Mapping Höhenfeld Erzeugung Displacement Mapping

23 Texture Mapping: Sphere Map Lookup: Transformation in Kugelkoordinaten Textur Erstellung: Transformation von Kugelkoordinaten auf Einheitskugel in Weltkoordinaten

24 Texture Mapping: Octahedron Map Oktanten werden in rechteckiger Textur gespeichert Jeweils untere und obere Pyramidenhälfte

Kraftvektoren ermitteln Funktionswert von

25 Höhenfeld Erzeugung Transformation von Texturkoordinaten auf Einheitskugel Abstände zu allen Kraftvektoren ermitteln Funktionswert von Gaußfunktion bestimmen und aufsummieren Gaußfunktion: Höhenwert:

26 Displacement Mapping Untersuchte Verfahren Iteratives Parallax Mapping Cone Mapping Relief Mapping Weitere Verfahren Adaptive Tessellierung Parallax Mapping Sphere Tracing View-Dependent Displacement Mapping

27 Iteratives Parallax Mapping Leicht modifizierte Variante für Displacement auf der Kugel Iterativer Erweiterung des Parallax Mapping

28 Cone Mapping Nutzt vorberechnete Kegel aus 2D-Texture Sichere und vergleichsweise schnelle Iteration So gut wie keine Algorithmen Parameter nötig

29 Relief Mapping Kombination aus Linearer und Binärer Suche Nutzt Vorteile beider Varianten um deren Nachteile zu kompensieren

30 Silhouette Bisher vorgestellten Algorithmen nur für planare Oberflächen geeignet Abstandsberechnung zur Kugel im Raum nutzen um Strahlen zu ermitteln die sich wieder entfernen

31 Octahedron Sphere Validierung Verformungen Iter. Parallax Cone Relief Cone (Blickpunkt in der xz-ebene) (Blickpunkt auf der y-achse)

32 Octahedron Sphere Texture Mapping Vergleich 12x12 24x24 48x48 96x96 8x16 16x32 32x64 64x

33 Animation Statische Szene Performance 12x12 / 8x16 24x24 / 16x32 Szene I 12x12 / 8x16 24x24 / 16x32 Szene II Szene III

34 Fazit Beschleunigungsstrukturen hybride Einbindung der Cluster und Vorberechnung auf der CPU führte in bestimmten Fällen für große Datensätze zu einer beschleunigten Darstellung vielversprechendere Vorberechnung der Struktur von der Wurzel aus durch Beschränkungen von OptiX nicht möglich Displacement Mapping Anpassung der Displacement Mapping Verfahren für Kugeloberflächen Verwaltung von hunderten bis tausenden der benötigten Höhenfelder mit Atlas Realistischere Oberflächen durch Selbstbeschattung, -Reflexion und -Refraktion Darstellung und Animation Animation untersuchten Datensätzen mit mehreren Molekülen bei einem reinen Phong Shading noch in Echtzeit möglich der volle Umfang der Darstellungsmöglichkeiten bleibt auf kleinere Datensätze beschränkt

35 Ausblick Trotz Optimierungen ist die Cluster Erstellung noch verbesserungswürdig Pool, der auch Objekte bzw. Arrays unterschiedlicher Größe verwalten kann Beschleunigung der Animation Im Vornherein alle Beschleunigungsstrukturen erstellen und abspeichern durch Occlusion Culling Verfahren [NV] doch eingeschränkter Nutzten bei wenigen Überdeckungen später während des Renderings kann auf diese zugriffen werden Beschleunigte Erstellung der Cone Map Reduzierung der Berechnungskosten für die Höhenfeld-Erstellung Generierung der Map auf der GPU Hierarchische Erstellung der Map [CC09] Werte der Gaus Funktion in einer Tabelle vorberechnen, um somit die teure Exponentialfunktion einzusparen

36 Ende Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Fragen?

Ähnliche Dokumente

A Simple and Practical Method for Interactive Ray Tracing of Dynamic Scenes

A Simple and Practical Method for Interactive Ray Tracing of Dynamic Scenes Ingo Wald Carsten Benthin Philipp Slusallek Marco Lang Bisher Ray Tracing erstmals von Appel benutzt dutzende Algorithmen vor