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Animated Snow Accumulation with Diffusion Snow Model

Explore the implementation of an animated snow accumulation using diffusion equation and numerical integration. Learn about the process flow, data structures, and calculation strategies for realistic snow simulation.

uriah
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Animated Snow Accumulation with Diffusion Snow Model

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Presentation Transcript

  1. Informatik Fakultät Institut für Softwaretechnik, Professur Computergraphik Verteidigung des Großen Belegs: Animierte Schneeakkumulation mit dem Diffusionsschneemodell Florian Klopfleisch Dresden, 20.01.2011

  2. Übersicht • 1. Einführung • Motivation und Ziele des Beleges • Mathematische Grundlagen des Modells • Theoretische Lösung der Gleichung • 2. Implementierung • Überblick des Ablaufes • Einzelne Phasen des Ablaufes • 3. Ergebnisse • 4. Demonstration und Diskussion Animierte Schneeakkumulation

  3. Einführung Motivation Ice Age 3 Lost Planet 2 TU Dresden, 20.01.2011 Animierte Schneeakkumulation

  4. Einführung Zielstellung Animierte Schneeakkumulation

  5. Einführung Grundlagen des Modells Diffusionsgleichung: Adaptiert auf den Schnee: Animierte Schneeakkumulation

  6. Einführung Theoretische Lösung der Gleichung • mit dem explizitem Euler-Verfahren numerisch gelöst • man integriert numerisch mit der Schrittweite Beschneiung Glättung Animierte Schneeakkumulation

  7. Implementierung Überblick – Prozessablauf Szene einlesen mit Depth-Peeling Datenstrukturen initialisieren Neue Höhen in Höhenpuffer speichern Triangulierung des Höhenspeichers Kopieren der Höhendaten in den Höhenspeicher Animierte Schneeakkumulation

  8. Implementierung Überblick – Datenstrukturen • Benötigte Speicher : • Tiefenkarten • Schneehöhenspeicher • Puffer für Schneehöhen • optional: • Speicherung des Zustandes des Systems („Hotspot-Maps“) • Wie organisiert man die Speicher ? Animierte Schneeakkumulation

  9. Implementierung Ablauf – Szene einlesen • wird per Depth-Peeling durchgeführt Schicht 1 Schicht 2 Animierte Schneeakkumulation

  10. Implementierung Überblick – Neue Höhen berechnen Szene einlesen mit Depth-Peeling Datenstrukturen initialisieren Neue Höhen durch Diffusionsgleichung in Höhenpuffer speichern Triangulierung des Höhenspeichers Kopieren der Höhendaten in den Höhenspeicher Animierte Schneeakkumulation

  11. Implementierung Ablauf – Neue Höhen berechnen Animierte Schneeakkumulation

  12. Implementierung Ablauf – Neue Höhen berechnen • für die Glättung benötigt man vier Nachbarn Animierte Schneeakkumulation

  13. Implementierung Ablauf – Laufstrategie bei Höhenberechnung … Neue Iteration • 1. Iteration • Spätere Iteration Animierte Schneeakkumulation

  14. Implementierung Ablauf – angepasste Laufstrategie bei Höhenberechnung • Lösung: homogeneUnterteilung der Höhendatenstruktur • Höhendatenstruktur • Tiefenkarten Kachel: Speicher für einen Ausschnitt einer Kartenschicht. Animierte Schneeakkumulation

  15. Implementierung Ablauf – angepasste Laufstrategie bei Höhenberechnung • Lösung: Unterteilung der Höhendatenstruktur Kacheln haben einen Zustand(aktiviert/allokiert oder nicht aktiviert) Animierte Schneeakkumulation

  16. Implementierung Ablauf – angepasste Laufstrategie bei Höhenberechnung • Vorteile der Kacheln: • Speicher dynamisch allokierbar • wenig Berechnungen • Auslagerung auf die GPU ist möglich • Parallelisierbarkeit wird erhöht • Cacheeffiziente Speicherung bleibt erhalten • Fazit: skaliert wesentlich besser Animierte Schneeakkumulation

  17. Implementierung Ablauf – Zustand speichern • Hotspot-Karten mit jeweils 32 Bit pro Höhenpunkt Animierte Schneeakkumulation

  18. Implementierung Ablauf – Zustand speichern • Hotspot-Karten mit jeweils 32 Bit pro Höhenpunkt Hotspot-Karten 32 Bit 7 Bit => 128 – 2 = 126 Tiefenkarten 4 Bit => Zustand-Bits Animierte Schneeakkumulation

  19. Ergebnisse Geschwindigkeitsmessung • Doppeldecker, 256x256 Tiefenkarten, dt = 0.01s Animierte Schneeakkumulation

  20. Ergebnisse Erzeugte Schneedecken Animierte Schneeakkumulation

  21. Abschluss Demonstration Animierte Schneeakkumulation

  22. Abschluss Diskussion Animierte Schneeakkumulation

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