Anális paração Análise e Comparação - Bruno Evangelista · de realismo tão altos, que não possam ser diferenciados do mundo real Um dos fatores que determina o nível de realismo

Bruno Pereira [email protected]

Orientador:Marcelo Souza [email protected]


Orientador:Marcelo Souza [email protected]

Survey de técnicas para simulação de malhas

detalhadas:Análise e Comparação

Survey de técnicas para simulação de malhas

detalhadas:Análise e Comparação

PUC MinasPUC Minas

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Bruno Pereira Evangelista Marcelo de Souza Nery (Orientador) Maio/2006

SumárioIntroduçãoMotivaçãoObjetivo e MetodologiaEfeitos visuais desejadosProcesso renderizaçãoAnálise das técnicasComparação das técnicasConclusão

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IntroduçãoAmbientes virtuais tem buscado atingir níveis de realismo tão altos, que não possam ser diferenciados do mundo real

Um dos fatores que determina o nível de realismo é a qualidade visual das malhas dos objetosMalhas do mundo real precisam de milhões de polígonos para serem representadas com precisão

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IntroduçãoProblema:

Quanto maior o número de polígonos das malhas renderizadas, maior a demanda de memória e processamento

Solução:Simular as micro e macro deformações nas malhas, sem ter que processar a malha real dos objetos (com milhões de polígonos)

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ObjetivoAnalisar e comparar as principais técnicas existentes para simulação de malhas detalhadas

7 técnicas analisadas6 técnicas comparadas

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MotivaçãoExistem diversas técnicas para esse propósito, sendo que poucas apresentam comparações com as demais existentesNão foram encontrados trabalhos que comparem as técnicas existentes

Muitas técnicas recentes (2004~2006)Difícil comparação: diferentes APIs, linguagens de shaders e hardwares

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MetodologiaMetodologia de análise

Funcionamento das técnicas, efeitos visuais tratados, principais vantagens e desvantagens e ambiente para uso eficaz

Metodologia de comparaçãoCriação de um ambiente homogêneo para testes, utilizando Direct3D 9.0c e HLSLComparação entre qualidade visual e desempenho das técnicas

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Efeitos visuais desejadosMotion Parallax

Renderizar os pontos corretos observados na superfície das malhas

Self-OcclusionUma parte da geometria pode ser ocluida por outra parte

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Efeitos visuais desejados

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Efeitos visuais desejadosSelf-Shadow

A geometria pode gerar sombras sobre ela mesma

SilhuetaO contorno das malhas renderizadas não deve ser o mesmo da superfície real que é renderizada

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Processo de renderizaçãoTeórico - Equação de renderização

Difícil de ser aplicada em tempo real nos hardwares gráficos atuais

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Processo de renderizaçãoSolução:

Reduzir a equação da renderizaçãoConsiderações:

Iluminação local e sem atenuaçãoSuperfícies isotrópicas e sem emissão de luz

Similar a equação de Phong

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Processo de renderizaçãoResultado

Cor final de cada ponto renderizado na superfície depende da normal da superfície e do vetor de iluminação

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Bump Mapping

Superfície com Bump Mapping

Superfície real

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Bump MappingO Bom

Aumenta os detalhes das superfícies sem sofrer grande redução no desempenhoFacilmente implementado nas GPUs e integrado a pipelines existentes

O RuimNão consegue representar grandes detalhes na superfíciesNão trata nenhum dos efeitos visuais desejados

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Parallax Mapping

Superfície com Bump Mapping

Superfície com Parallax Mapping

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Parallax MappingO Bom

Aumenta os detalhes das superfícies sem sofrer grande redução no desempenhoFacilmente implementado em conjunto com a técnica de Bump Mapping

O RuimÉ uma aproximação do efeito realQualidade visual ruim quando utiliza mapas de profundidade genéricosNão trata os efeitos de self-occlusion, self-shadow e silhuetas

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Relief Mapping

Superfícies lisas renderizadas comRelief Mapping

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Relief MappingO Bom

Consegue renderizar superfícies detalhadas com precisão e alto nível de realismoTrata os efeitos de motion parallax, self-occlusion e self-shadow

O RuimNecessita de hardwares gráficos modernosDemanda alto processamentoPode gerar artefatos nas imagens renderizadas

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Parallax Occlusion Mapping

Superfície real1.5 milhões de triângulos

Superfície com POM1.100 triângulos

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Parallax Occlusion MappingO Bom

Consegue renderizar superfícies detalhadas com precisão e alto nível de realismoTrata os efeitos de motion parallax, self-occlusion e self-shadow (sombras suaves)Pode diminuir o serrilhamento e artefatos gerados na imagem

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Parallax Occlusion MappingO Ruim

Necessita de hardwares gráficos modernosDemanda alto processamento, muito superior a técnica de Relief MappingNecessita de um grande número de iterações para reduzir o serrilhamento nas superfícies

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Sphere Tracing

Algoritmo padrão de traçado de raios

(Pode perder colisões)

Algoritmo de Sphere Tracing

Dificulta a perda de colisões

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Sphere TracingO Bom

Consegue renderizar superfícies detalhadas com precisão e alto nível de realismoTrata os efeitos de motion parallax, self-occlusion e self-shadow*

Não gera artefatos

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Sphere TracingO Ruim

Necessita de hardwares gráficos modernosDemanda alto processamentoDemanda alto consumo de memóriaPode gerar pequenas deformações ou reduzir o nível de extrusão das superfícies renderizadas

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Cone Step Mapping

Algoritmo de Cone Step MappingDificulta a perda de colisões

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Cone Step MappingO Bom

Consegue renderizar superfícies detalhadas com precisão e alto nível de realismoTrata os efeitos de motion parallax, self-occlusion e self-shadow*

Não gera artefatos

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Cone Step MappingO Ruim

Necessita de hardwares gráficos modernosDemanda alto processamentoPode gerar pequenas deformações ou reduzir o nível de extrusão das superfícies renderizadas

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Comparação entre as técnicasAs técnicas foram comparadas quando a sua renderização em 5 diferentes tipos de superfíciesPara tipo de superfície foram utilizados dois pontos de vista distintos

Distancia média e ângulo de observação próximo de 0 grausDistância pequena e ângulo de observação próximo de 90 graus

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Comparação entre imagens

Video do ambiente de testes criado

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Comparação de desempenho

Comparação entre o desempenho das técnicas para as 5 superfícies avaliadas, observadas pelo primeiro

ponto de vista

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ConclusãoNenhuma das técnicas apresenta uma solução genérica para simulação de malhas detalhadasCada uma das técnicas possui uma diferente relação entre qualidade visual e desempenho

Além de poderem tratar diferentes efeitos visuais

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Perguntas ?


Orientador:Marcelo Souza Nery

[email protected]

"De fato, que aproveitará ao homem ganharo mundo inteiro mas perder sua alma?"

Mateus 16, 26

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