Conservative Volumetric Visibility with Occluder Fusion

Transkript

1 Conservative Volumetric Visibility with Occluder Fusion

2 Worum geht es? Ausgangspunkt komplexe Szene, wie Städte, Straßenzüge, etc. Ziel effiziente Berechnung von nicht sichtbaren Regionen

3 Begriffe / Definitionen Voxel: Element der räumlichen Unterteilung der Szene undurchsichtig, komplett innerhalb eines Objektes angrenzend, beinhaltet nur einen Teil eines Objektes leer, komplett ausserhalb eines Objektes Sichtzelle: achsen-ausgerichteter Würfel, der die Sicht Positionen repräsentiert

4 Begriffe / Definitionen Blocker: achsen-ausgerichteter, undurchsichtiger Würfel z.b. Häuserblock keine Löcher erlaubt, geschlossene Körper erforderlich entspricht dem undurchsichtigem Voxel Schacht: konvexer Tunnel, der aus der Sicht der Sichtzelle den verdeckten Raum hinter dem Blocker beinhaltet

5 Begriffe / Definitionen Rot: Sichtzelle Gelb: gewählter Blocker Blau: Schacht Schwarz: Blocker Hellgrau: leerer Voxel Dunkelgrau: angrenzender Voxel

6 Ablauf des Verfahrens 1. Szenen Unterteilung und Voxel Klassifizierung 2. Auffinden eines Blockers und dessen Erweiterung 3. Schacht Konstruktion 4. Sichtbarkeitsberechnung Schritt 2 bis 4 für alle Blocker ausführen

7 2D Version Erläuterung des Verfahrens anhand der 2D Version Szenen Unterteilung mittels Quadtree jeder Knoten im Quadtree entspricht einem Voxel Form eines achsen-ausgerichtetem Würfels

8 2D - Szenen Unterteilung gesamte Szene wird auf eine Ebene projiziert Würfel umschließt die ganze Szene Würfel wird rekursiv aufgeteilt (Quadtree)

9 2D - Szenen Unterteilung Voxel, die eine Fläche der Szene enthalten, werden zu angrenzenden Voxel diese Voxel grenzen die leeren Regionen von den Undurchsichtigen ab nicht angrenzenden Voxel in Leere und Undurchsichtige einteilen Grau: Leer Schwarz: Blocker

10 2D - Blocker finden Quadtree bis undurchsichtigem Voxel traversieren Entfernung zur Sichtzelle Größe Voxel wird zum Blocker zusammen mit der Sichtzelle den Schacht konstruieren Rot: Sichtzelle Gelb: Blocker Blau: Schacht

11 2D - Blocker Erweiterung um den verdeckten Raum zu maximieren, wird der Blocker erweitert dies geschieht entlang der Koordinatenachse, welche den Mittelpunktwinkel des Blockers maximiert entlang dieser Achse wird der Blocker um angrenzende undurchsichtige Voxel erweitert

12 2D - Blocker Erweiterung Rot: Sichtzelle Gelb: Blocker Blau: verdeckter Raum

13 2D - Blocker Erweiterung sind 2 Seiten des Blockers von der Sichtzelle aus sichtbar, wird der Blocker auch entlang der 2. Seite erweitert daraus ergibt sich eine L-Form des Blockers maximiert den Mittelpunktwinkel

14 2D - Blocker Erweiterung Blocker können ebenfalls um angrenzende verdeckte Voxel erweitert werden 1. 2.

15 2D - Blocker Erweiterung bereits nach 3 Durchgängen ein großes Gebiet klassifiziert

16 2D - Schacht Konstruktion mittels der Sichtzelle und dem erweiterten Blocker wird ein Schacht konstruiert, der den verdeckten Raum beinhaltet Weisser Würfel: Sichtzelle Grauer Würfel: Blocker

17 2D - Sichtbarkeitsberechnung Traversierung des Quadtree und Test, ob der Voxel im Schacht liegt vollständig innerhalb des Schachts liegende Voxel werden als verdeckt markier vollständig außerhalb liegende Voxel werden nicht weiter verfolgt

18 2D - Sichtbarkeitsberechnung Objekte auf ihre Sichtbarkeit überprüfen Bounding Box des Objektes durch den Quadtree schicken alle überlappende Voxel auf Sichtbarkeit testen mindestens 1 Voxel sichtbar? --> Objekt sichtbar ermöglicht auch den Sichtbarkeitstest von beweglichen Objekten

19 2D - Ergebnis vollständige Klassifizierung aller Voxel alle verdeckten Voxel können ignoriert werden hier sind nur die Häuser entlang der Straße sichtbar

20 3D Version Szenenunterteilung mittels Octree Blocker Erweiterung entlang 2 Koordinatenachsen 3D Schacht Konstruktion und Sichtbarkeitsberechnung anhand dessen 2D Projektion auf die Koordinatenebenen

21 3D Blocker Erweiterung 1. entlang der 1. Seite 2. Länge halbieren 3. senkrechte Erweiterung 4. wieder entlang der 1. Seite

22 3D Blocker Erweiterung sind mehr Seiten als die Frontseite sichtbar? 1 Seite sichtbar erweitern 2 Seiten sichtbar entlang der kürzesten erweitern

23 3D - Sichtbarkeitsberechnung 3D Schacht auf die Koordinatenebenen projizieren Voxel ist verdeckt, wenn dessen BoundingBox komplett innerhalb der 3 2D Projektionen liegt

24 2½D Version 2½D Quadtree für Landschaften oder Städte Voxel enthält tiefsten und höchsten Punkt dessen Geometrie Voxel ist verdeckt, wenn er bis zum höchsten Punkt im Schacht liegt Voxel kann bis zum tiefsten Punkt als Blocker dienen

25 2½D Version Blocker Erweiterung mit L-Form wie in 2D Schachtkonstruktion und Sichtbarkeitsberechnung wie in 3D

26 Anwendungen Potentially Visible Sets (PVS) für 3D Szenen vorberechnen Beschleunigung von Lichtberechnungen im Raytracer

27 Potentially Visible Set (PVS) 2½D Quadtree verdeckte Objekte für jede Sichtzelle berechnen Ergebnisse für jede Sichtzelle abspeichern

28 Potentially Visible Set (PVS) Ergebnisse der Vorberechnung für Echtzeit Anwendungen Walkthrough in Städten nur begehbare Regionen betrachten Straßenzüge werden zur Sichtzelle verdeckte Objekte für die aktuelle Sichtzelle sehr schnell abrufbar jede Sichtzelle hat hier eine andere Farbe

29 Potentially Visible Set (PVS)

30 Lichtberechnung im Raytracer komplexe Szene mit vielen Lichtquellen 95% der Renderzeit für Aussenden und Verfolgung der Schatten Strahlen Anzahl der auszusendenden Strahlen minimieren Beleuchtung = Sichtbarkeit

31 Lichtberechnung im Raytracer 3D Version mit Octree für jede Lichtquelle in der Szene Bounding Box als Sichtzelle Octree aufbauen Sichtbarkeit des Sample Point bestimmen Sichtbar? -> Strahl aussenden

32 Lichtberechnung im Raytracer Vorberechnung des Octree für jede Lichtquelle notwendig am besten geeignet für statische Lichtquellen Methode eignet sich gut für erweiterte Lichtquellen kein harter Schattenrand wie bei Punktlichtquellen

33 Fazit Positiv effiziente Berechnung verdeckter Regionen Negativ geschlossene Objekte notwendig hoher Speicherbedarf aufgrund der Voxel Darstellung

34 Noch Fragen?