Um framework para distribuição, gerenciamento e renderização de vegetação em cenários virtuais massivos em tempo real

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2020
Autor(a) principal: Franzin, Flavio Paulus
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
dARK ID: ark:/26339/0013000007t80
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de Santa Maria
Brasil
Ciência da Computação
UFSM
Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação
Centro de Tecnologia
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://repositorio.ufsm.br/handle/1/22425
Resumo: Vegetation is one of the leading graphic elements in virtual environments, as it integrates the vast majority of natural landscapes. As a result, to maximize the immersion of its users, several applications need to represent the vegetation with high fidelity. However, vegetation is composed of large amounts of plants, usually represented by complex 3D models, generating a high demand for storage and graphic processing to achieve satisfactory visual results. We present a GPU-based framework for handling vegetation in large-scale scenarios in real-time. Our proposal includes an architecture to distribute, render, and deal with plants’ interaction and moving objects. The plants are grouped and distributed procedurally by similarity, based on pre-established areas in the scenario and the terrain’s topographic characteristics. Consistent parameters are used to direct procedural distribution, providing considerable levels of artistic control. Support for manual placement of the plants is also offered, providing full control for the artist. A new approach based on vector fields and data compression is proposed for undergrowth deformation. The vector fields encode the undergrowth deformation, which can remain deformed for arbitrary periods and even permanently. Large plants are structured in a dynamic hash, which ensures efficient access so that moving objects can identify and deal with these plants. An efficient LOD system and GPU-Instancing optimize rendering performance. The proposed architecture also exploits a high GPU parallelism level, and processes are managed and invoked on demand. Also, to guarantee the solution’s applicability, efficient structures and optimizations are proposed to minimize processing and storage demands. The results show that the proposed approach can deal with vegetation in arbitrary scale scenarios, ensure a pleasant appearance, and have computational costs compatible with real-time applications.
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spelling Um framework para distribuição, gerenciamento e renderização de vegetação em cenários virtuais massivos em tempo realA framework for distribution, management, and rendering of vegetation in massive virtual scenarios in real-timeVegetação procedimentalPaisagens virtuaisDeformação de vegetação rasteiraGPU-BasedCenários de larga escalaProcedimental vegetationVirtual landscapesUndergrowth collision simulationCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAOVegetation is one of the leading graphic elements in virtual environments, as it integrates the vast majority of natural landscapes. As a result, to maximize the immersion of its users, several applications need to represent the vegetation with high fidelity. However, vegetation is composed of large amounts of plants, usually represented by complex 3D models, generating a high demand for storage and graphic processing to achieve satisfactory visual results. We present a GPU-based framework for handling vegetation in large-scale scenarios in real-time. Our proposal includes an architecture to distribute, render, and deal with plants’ interaction and moving objects. The plants are grouped and distributed procedurally by similarity, based on pre-established areas in the scenario and the terrain’s topographic characteristics. Consistent parameters are used to direct procedural distribution, providing considerable levels of artistic control. Support for manual placement of the plants is also offered, providing full control for the artist. A new approach based on vector fields and data compression is proposed for undergrowth deformation. The vector fields encode the undergrowth deformation, which can remain deformed for arbitrary periods and even permanently. Large plants are structured in a dynamic hash, which ensures efficient access so that moving objects can identify and deal with these plants. An efficient LOD system and GPU-Instancing optimize rendering performance. The proposed architecture also exploits a high GPU parallelism level, and processes are managed and invoked on demand. Also, to guarantee the solution’s applicability, efficient structures and optimizations are proposed to minimize processing and storage demands. The results show that the proposed approach can deal with vegetation in arbitrary scale scenarios, ensure a pleasant appearance, and have computational costs compatible with real-time applications.A vegetação é um dos principais elementos gráficos em ambientes virtuais, pois compõe grande parte das paisagens naturais. Em função disso, de modo a maximizar a imersão dos usuários, é imprescindível para diversas aplicações representar a vegetação com alta fidelidade. No entanto, a vegetação é composta por grandes quantidades de plantas, geralmente representadas por modelos 3D complexos, gerando uma alta demanda de armazenamento e processamento gráfico para atingir resultados visuais satisfatórios. Apresentamos um framework GPU-based para lidar com vegetação em cenários de grande escala em tempo real. A proposta inclui uma arquitetura para distribuir, renderizar e lidar com a interação entre plantas e objetos móveis. As plantas são agrupadas e distribuídas procedimentalmente por similaridade, tendo como base áreas preestabelecidas no cenário e características topográficas do terreno. Parâmetros consistentes são utilizados para direcionar a distribuição procedimental, fornecendo consideráveis níveis de controle artístico. Também é oferecido suporte para distribuição manual das plantas, garantindo total domínio ao artista. Uma nova abordagem baseada em campos vetoriais e compressão de dados é proposta para deformação de vegetação rasteira. Os campos vetoriais codificam a deformação da vegetação rasteira, que pode permanecer deformada por períodos arbitrários e até permanentemente. As plantas de maior porte são estruturadas em uma hash dinâmica, que garante acesso eficiente para que objetos móveis possam identificar e lidar com essas plantas. O desempenho da renderização é otimizado por um eficiente sistema de nível de detalhamento e com emprego de GPU-Instancing. A arquitetura proposta também explora um alto nível de paralelismo em GPU e os processos são gerenciados e invocados sob demanda. Para garantir a aplicabilidade da solução, estruturas eficientes e otimizações para minimizar as demandas por processamento e armazenamento são propostas. Os resultados obtidos mostram que a abordagem proposta é capaz de lidar com vegetação em cenários de escala arbitrária, garantindo um visual agradável e mantendo os custos computacionais compatíveis com aplicações em tempo real.Universidade Federal de Santa MariaBrasilCiência da ComputaçãoUFSMPrograma de Pós-Graduação em Ciência da ComputaçãoCentro de TecnologiaPozzer, Cesar Tadeuhttp://lattes.cnpq.br/4519764091092504Feijó, BrunoWelfer, DanielFranzin, Flavio Paulus2021-10-15T19:54:10Z2021-10-15T19:54:10Z2020-08-19info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/22425ark:/26339/0013000007t80porAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Manancial - Repositório Digital da UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSM2021-10-16T06:00:48Zoai:repositorio.ufsm.br:1/22425Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufsm.br/PUBhttps://repositorio.ufsm.br/oai/requestatendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.com||manancial@ufsm.bropendoar:2021-10-16T06:00:48Manancial - Repositório Digital da UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)false
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