Modellierung von und Navigation in 3D-Dokumenten (ModNav3D)

1. V3D2-Projekt Modellierung von und Navigation in 3D-Dokumenten (ModNav3D) D. Fellner, S. Havemann, G. Müller Institut für ComputerGraphik, TU Braunschweig {d.fellner, s.havemann, gordon.mueller}@tu-bs.de D. Fellner, S. Havemann, G. Müller

2. 3D-Welten als digitaleDokumente • Probleme • geeignete (verteilte !) Beschreibung • Navigation (Retrieval) • Effiziente interaktive Darstellung • Neue Sichtweise: Digital Libraries (DL) • 3D-Modelle mit Strukturinformationen versehen • Fazit nach zwei Jahren ModNav3D: DLs und Computergraphik profitieren voneinander D. Fellner, S. Havemann, G. Müller

3. Kernidee Sehr große virtuelle Welten sind nur handhab-bar durch eine Kombination neuer Ansätze • Modellierung:Szenenbeschreibungen müssen kompakter und damit abstrakter werden • Visualisierung und Navigation:Effiziente Auswertung dieser Beschreibung D. Fellner, S. Havemann, G. Müller

4. Mehrschicht-Modell Generative Modellierung Progressive Netze Subdivision Surfaces D. Fellner, S. Havemann, G. Müller

5. Modellierung 1: Subdivision Surfaces • Freiform-Modellierung reduziert auf Polyeder-Modellierung (Kontrollnetz) • Reduktion der Modellgröße um ein bis zwei Größenordnungen gegenüber Polygon-approximation • Adaptive Tesselierung während der Interaktion D. Fellner, S. Havemann, G. Müller

6. Modellierung 2: Progressive Netze • Grundidee: Statt diskreter Levels of Detail Speichere grobes Basisnetz und eine Liste der Verfeinerungsoperationen • Verallgemeinerung: Wohldefinierte Menge von elementaren Modellieroperationen für Polygonnetze D. Fellner, S. Havemann, G. Müller

7. Modellierung 2: Elementaroperationen faceSplit shellSplit vertexSplit edgeSwap edgeSplit D. Fellner, S. Havemann, G. Müller

8. Modellierung 3: Generative Modellierung • Sequenz von Elementaroperationen als Makro • Anwender definieren eigene Modellieroperationen • Bibliothek von Lösungen fürhäufige Modellierprobleme => DL ! • 3D-Modell enthält nur Makro-Aufrufe=> drastisch kleinere Modelle • [Demo] D. Fellner, S. Havemann, G. Müller

9. Modellierung: Future Work • Subdivision Surfaces auf Drei-/Vierecksnetzen • Elementaroperationen für Netze (STL) • Generative Modelle: Datenstruktur enthält Berechnungen mit Floats, 3D-Punkten u. Netzen • To do: • Caching auf/zwischen allen ‘Ebenen’ • Auswertung des Generativen Modells vor Aufbau des Kontrollnetzes (=> [Demo]) D. Fellner, S. Havemann, G. Müller

10. Visualisierung und Navigation • Interaktion mit sehr großen 3D-Dok. nur möglich durch effizientes spatial retrieval (=> DL) • Visualisierung (Sichtbarkeitsberechnungen) • Navigation (Kollisionserkennung und -reaktion) • Technische Grundlagen d. Szenenstrukturierung: • automat. Aufbau “natürlicher” Objekthierarchien • effizienter Strahlschnitt mit Objekten • abstrakte, semantische Objektidentifikation D. Fellner, S. Havemann, G. Müller

11. Visualisierung: Szenenhierarchisierung I • Gewünscht: • intuitive hierarchische Verteilung der Elementarobjekte für effiziente räumliche Anfragen • kurze Konstruktionszeiten • keine manuelle Parameterwahl D. Fellner, S. Havemann, G. Müller

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14. Visualisierung: Szenenhierarchisierung II • Eigenschaften: • Optimierung einer Kostenfunktion • Enge Hüllkörper • Automatisches Erkennen geometrischer Details • Automatische Trennung entfernter Objekte • Geringe Konstruktionszeiten: O(n log n) D. Fellner, S. Havemann, G. Müller

15. Visualisierung: Anwendungen I • Raytracing[Hybrid Scene Structuring with Application to Ray Tracing, ICVC’99, Goa, 1999.][Vergleich von Beschleunigungstechniken für effizientes Ray-Tracing, TR TUBSCG-1998-01, 1998.] • beschleunigte Sichtbarkeitsberechnungen • Kollisionserkennung • hochqualitative Visualisierung • Radiosity[A Rapid Clustering Algorithm for Efficient Rendering, Eurographics 99, Milan, 1999.][Automatic Creation of Object Hierarchies for Radiosity Clustering, Pacific Graphics, Seoul, 1999.] • hierarchischer Energietransport • [Video] D. Fellner, S. Havemann, G. Müller

16. Visualisierung: Anwendungen II • Culling[Generation of Subdivision Hierarchies for Efficient Occlusion Culling of Large Polygonal Models, TR TUBSCG-1999-01, 1999 (also: TR WSI/GRIS, WSI-99-13, ISSN 0949-3852).] • View frustum culling • Ausblenden unsichtbarer Bereiche • Occlusion culling • Ausblenden verdeckter Bereiche • [Demo] D. Fellner, S. Havemann, G. Müller

17. V3D2 Phase I: Zusammenfassung • Neuer, DL-orientierter Ansatz zur Modellierung und Visualisierung sehr großer 3D-Welten • strukturerhaltende, extrem kompakte Beschreibung • effiziente Auswertung • Ergebnis: Leistungsfähige Komponenten • Mehrschichtiger Aufbau ermöglicht Optimierungen auf mehreren Ebenen • Fazit: Tragfähiger neuer Ansatz D. Fellner, S. Havemann, G. Müller

18. V3D2 Phase II: Konsolidierung • Integration und Abstimmung der Komponenten • Entwurf eines Large Model Viewers[Modeling of and navigation in complex 3D documents, Computers & Graphics (22)6 (1998).] • Aufbau einer DL von Werkzeugen und Modellen • Collaborative Work: Verteilte 3D-Dokumente[VR-Lab: A Multi User Environment for Educational Purposes and Presentations, VRML’99, Paderborn, 1999.] • Hochqualitative Visualisierung Farbreduktion[Dithered Color Quantisation, Eurographics’98, Lisbon, 1999. (best paper award)] D. Fellner, S. Havemann, G. Müller

19. V3D2 Phase II: Erweiterungen • Erweiterung auf 3D-Modelle mit dynamischer Geometrie • Generative Modelle sind durchgängig parametrisiert=> Bestimmung parametrisierter Bounding Boxes • Hierarchisierung beweglicher Bounding Boxes • Volumetrische Kollisionserkennung • Parallelisierung (multithreading) D. Fellner, S. Havemann, G. Müller