Modelowanie terenu na bazie symulacji erozji z wykorzystaniem deformowalnych wokseli

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Modelowanie terenu na bazie symulacji erozji z wykorzystaniem deformowalnych wokseli"

Kornelia Markiewicz
7 lat temu
Przeglądów:

1 Modelowanie terenu na bazie symulacji erozji z wykorzystaniem deformowalnych wokseli Autor: Michał Kurowski Opiekun: prof. dr hab. inż. Jan Zabrodzki Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych, Zakład Grafiki Komputerowej

2 Wprowadzenie Slajd 1 z 20 Plan prezentacji Zalety proceduralnej generacji terenu Używane techniki Pierwsze podejście do wokseli teren z jaskiniami Napotkane problemy Deformowalne woksele Środowisko testowe Aktualny stan prac Plany na przyszłość Pytania Cel: uzasadnić obrany kierunek i zaprezentować aktualny stan prac

3 Zalety proceduralnej generacji terenu Slajd 2 z 20 Treść proceduralna Treść stworzona algorytmicznie Zalety: krótszy czas mniejszy koszt większa ilość większe zróżnicowanie mniejsza objętość Wady: mniejsza kontrola (szczegółów) nieprzewidziane efekty kwestia oceny jakości

4 Używane techniki Slajd 3 z 20 Tradycyjne metody Synteza mapy wysokości lub siatki oparta o: błędne formacje szumy fraktale/multifraktale przemieszczanie środkowego punktu osadzanie cząstek Zalety: szybkość, prostota, brak znaczących artefaktów Wady: ograniczone mapą wysokości, trudność w modelowaniu spójnego, naturalnego terenu Przykłady: Terragen MojoWorld (Kenton Musgrave)

5 Używane techniki Slajd 4 z 20 Funkcje gęstości Fraktale, multifraktale, szumy, prymitywy geometryczne... Zalety: szybkość (czasem możliwość generacji w locie ), prostota, potencjalnie nieskończone przestrzenie, elastyczność Wady: elastyczność, trudność w modelowaniu naturalnego terenu Przykłady: MojoWorld (Dmytry Lavrov) VoxelLogic

6 Używane techniki Slajd 5 z 20 Erozja Różne reprezentacje terenu: mapa wysokości, warstwowa mapa wysokości, woksele, siatka wielokątów Różne modele wody: eulerowskie (wirtualne rury, model płytkiej wody, równania Naviera-Stokesa w 3D) lagrange'owskie (cząsteczki, SPH); heurystyczne (Olsen) Zalety: zazwyczaj spójne i wizualnie realistyczne rezultaty Wady: czas działania wersji 3D, ograniczenia wersji 2D, mała elastyczność, zazwyczaj małe obszary (w szczególności w wersji 3D)

7 Używane techniki Slajd 6 z 20 Techniki pół-proceduralne Terrain Synthesis: An Interactive Approach Synteza przy użyciu bazy mikro form oraz mapy prymitywów Terrain Synthesis from Digital Elevation Models Synteza przy użyciu przykładowego terenu oraz szkicu użytkownika Terrain Synthesis By-Example Wzbogacanie stworzonego przez użytkownika terenu o detale pochodzące z dostarczanego przykładu

8 Pierwsze podejście do wokseli teren z jaskiniami Slajd 7 z 20 Modelowanie terenu 3D z jaskiniami Doliny, nawisy, łuki i jaskinie => woksele Wydajność => GPU Zielony wykorzystuje GPU Niebieski wykorzystuje jedynie CPU

9 Pierwsze podejście do wokseli teren z jaskiniami Slajd 8 z 20 Teren

10 Napotkane problemy Slajd 9 z 20 Problemy Występowanie artefaktów Zbyt uproszczona erozja boczna Blokowość struktur o małej skali Częste występowanie tarasów Stosunkowo mały obszar symulacji Ograniczone możliwości sterowania danymi wejściowymi Niedostateczne uchwycenie dynamiki przepływu wody

11 Slajd 10 z 20 Deformowalne woksele Mają lepiej oddawać kształt erodowanego terenu *w trakcie* erozji (na potrzeby symulacji wody) Mają uwzględniać kierunek erozji (erozja boczna) Docelowo pomyślane jako nieregularna (różne właściwości materiału) struktura hierarchiczna (optymalizacje) Wstępna formacja jest tworzona tradycyjnymi metodami

12 Slajd 11 z 20 Smoothed Particle Hydrodynamics Woda przedstawiona przy pomocy cząsteczek Parametry symulacji (np. siły, gęstości) są możliwe do wyznaczenia w dowolnym punkcie przestrzeni poprzez zsumowanie odpowiednio przeskalowanych kontrybucji pochodzących od znajdujących się w pobliżu cząstek Skalowanie odbywa się przy pomocy odpowiednich symetrycznych jąder wygładzających Daje realistyczne wyniki Reprezentacja jest rzadka Jest podatna na zewnętrzne modyfikacje Istnieją implementacje GPU

13 Środowisko testowe Slajd 12 z 20 Program do symulacji erozji Środowisko do eksperymentów OpenGL, FLTK, OpenMP Oddzielenie mechaniki i reprezentacji wody, transportu oraz terenu Interaktywne sterowanie symulacją

14 Środowisko testowe Slajd 13 z 20 Erozja, transport i osadzanie materiału Oddzielny system cząsteczek Erozja polega na deformowaniu wokseli w oparciu o wygładzony przepływ wody Cząsteczki materiału są unoszone przez przepływ wygenerowany przy użyciu SPH Małe, znajdujące się blisko siebie cząsteczki są zlepiane w jedną większą Osadzanie w oparciu o czas unoszenia, prędkość i obecność wody Depozycja polega na gładkim deformowaniu sąsiednich wokseli

15 Środowisko testowe Slajd 14 z 20 Degeneracja Gdy nie wygładzamy przepływu i osadzania...

16 Środowisko testowe Slajd 15 z 20 Przetwarzanie końcowe Zalepianie szczelin dodatkowymi wielokątami Zlepianie wierzchołków

17 Aktualny stan prac Slajd 16 z 20 Aktualny stan prac

18 Aktualny stan prac Slajd 17 z 20 Aktualny stan prac

19 Aktualny stan prac Slajd 18 z 20 Wydajność 64X64x16 wokseli, 2048 cząsteczek, 512 kroków Czas: s SPH 8-12% Transport 10-50% Erozja 25-70% Porównanie z poprzednim rozwiązaniem: 64x64x32 woksele, 2048 kroków, czas 1.55 s UWAGA pierwsza implementacja miała czas 831 s, a najlepsza wykorzystująca tylko CPU 158 s

20 Plany na przyszłość Slajd 19 z 20 Plany na przyszłość Prace nad spójnością terenu Zorganizowanie wokseli w strukturę hierarchiczną Dopracowanie systemu transportu materiału Dopracowanie mechaniki erozji bocznej Optymalizacje wydajnościowe (OpenMP OpenCL)

21 Pytania Slajd 20 z 20 Kontakt: Michał Kurowski, lurker_pas@o2.pl Źródła ilustracji: Terragen (Planetside) MojoWorld (Pandromeda) Tribal Trouble (Jacob Olsen) Darwinia (Introversion) Zasoby własne Pytania?

Podobne dokumenty

POLITECHNIKA POZNAŃSKA. Metoda Elementów Skończonych

POLITECHNIKA POZNAŃSKA. Metoda Elementów Skończonych POLITECHNIKA POZNAŃSKA Metoda Elementów Skończonych Prowadzący: dr hab. Tomasz Stręk, prof. nadzw. Wykonali: Łukasz Żurowski Michał Dolata Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania Mechanika i Budowa Maszyn