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  1. 1. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Visualisation interactive 3D pour un ensemble de donn´ees g´eographiques de tr`es grande taille Le Thanh Vu Universit´e de Pau et des Pays de l’Adour 12 Juillet 2011 1/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  2. 2. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Contexte Probl´ematiques Plan 1 Introduction Contexte Probl´ematiques 2 Contribution Proposition d’une architecture Gestion de jointures G´eomorphose 3 R´esultats et performances Performance Param`etres de performance et qualit´e de rendu 4 Bilan et perspectives Bilan Perspectives 2/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  3. 3. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Contexte Probl´ematiques Contexte L’´evolution des techniques d’acquisitions de donn´ees apporte une augmentation consid´erable dans la r´esolution des donn´ees (25 cm de pr´ecision, plusieurs Tera-octets de donn´ees pour repr´esenter le mod`ele num´erique de terrain (MNT) d’un relief avec LIDAR a exemple : MNT de Pau (31km2 ) de pr´ecision 1m, il nous faudra 400 ´ecrans de r´esolution 1920x1200 pour visualiser image et cela g´en`ere environ 2.000.000.000 de triangles a. ”Light Detection and Ranging” ou t´el´ed´etection par laser L’´evolution mat´erielle des cartes graphiques (GPU) un parall´elisme massif (augmentation quatre fois a dans deux ans) la g´en´ericit´e de la programmation (GLSL b , CUDA c , ...) a. GeForce 9800 GTX (2008) : 129 et GeForce GTX 580 (2010) : 513 coeurs de traitement b. ”OpenGL Shading Language” : langage de programmation de cartes graphiques c. ”Compute Unified Device Architecture”: utilisation un GPU pour ex´ecuter des calculs g´en´eraux 3/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  4. 4. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Contexte Probl´ematiques Contexte L’´evolution des techniques d’acquisitions de donn´ees apporte une augmentation consid´erable dans la r´esolution des donn´ees (25 cm de pr´ecision, plusieurs Tera-octets de donn´ees pour repr´esenter le mod`ele num´erique de terrain (MNT) d’un relief avec LIDAR a exemple : MNT de Pau (31km2 ) de pr´ecision 1m, il nous faudra 400 ´ecrans de r´esolution 1920x1200 pour visualiser image et cela g´en`ere environ 2.000.000.000 de triangles a. ”Light Detection and Ranging” ou t´el´ed´etection par laser L’´evolution mat´erielle des cartes graphiques (GPU) un parall´elisme massif (augmentation quatre fois a dans deux ans) la g´en´ericit´e de la programmation (GLSL b , CUDA c , ...) a. GeForce 9800 GTX (2008) : 129 et GeForce GTX 580 (2010) : 513 coeurs de traitement b. ”OpenGL Shading Language” : langage de programmation de cartes graphiques c. ”Compute Unified Device Architecture”: utilisation un GPU pour ex´ecuter des calculs g´en´eraux 3/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  5. 5. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Contexte Probl´ematiques Probl´ematiques En terme d’interactivit´e vitesse de transfert de donn´ees les structure de donn´ees efficaces (arbre binaire, quadtree, clipmap, mipmap) la gestion de donn´ees hors m´emoire centrale vitesse d’affichage en temps r´eel la structuration des donn´ees par niveaux de d´etails l’optimisation de m´emoire cache sur la carte graphique En terme de qualit´e de rendu pr´ecision de rendu par rapport aux qualit´e de donn´ees originales effets graphiques sur une grande quantit´e d’objets la gestion de jointure entre les patchs de maillage de terrain la g´eomorphose l’augmentation de la qualit´e visuelle du terrain. 4/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  6. 6. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Contexte Probl´ematiques Probl´ematiques En terme d’interactivit´e vitesse de transfert de donn´ees les structure de donn´ees efficaces (arbre binaire, quadtree, clipmap, mipmap) la gestion de donn´ees hors m´emoire centrale vitesse d’affichage en temps r´eel la structuration des donn´ees par niveaux de d´etails l’optimisation de m´emoire cache sur la carte graphique En terme de qualit´e de rendu pr´ecision de rendu par rapport aux qualit´e de donn´ees originales effets graphiques sur une grande quantit´e d’objets la gestion de jointure entre les patchs de maillage de terrain la g´eomorphose l’augmentation de la qualit´e visuelle du terrain. 4/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  7. 7. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Contexte Probl´ematiques Bilan probl´ematiques Contextes ´evolution de la taille de donn´ees ´evolution technologique des cartes graphiques Probl´ematiques structure de donn´ees technique de niveau de d´etails qualit´e de rendu 5/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  8. 8. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Proposition d’une architecture Gestion de jointures G´eomorphose Contribution 1 Introduction Contexte Probl´ematiques 2 Contribution Proposition d’une architecture Gestion de jointures G´eomorphose 3 R´esultats et performances Performance Param`etres de performance et qualit´e de rendu 4 Bilan et perspectives Bilan Perspectives 6/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  9. 9. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Proposition d’une architecture Gestion de jointures G´eomorphose Proposition d’une architecture Architecture g´en´erale s´eparation de la gestion du CPU et du GPU utilisation seulement les donn´ees rasters chargement et affichage de donn´ees en parall`ele 7/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  10. 10. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Proposition d’une architecture Gestion de jointures G´eomorphose Proposition d’une architecture Architecture g´en´erale s´eparation de la gestion du CPU et du GPU utilisation seulement les donn´ees rasters chargement et affichage de donn´ees en parall`ele 7/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  11. 11. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Proposition d’une architecture Gestion de jointures G´eomorphose Proposition d’une architecture Architecture g´en´erale s´eparation de la gestion du CPU et du GPU utilisation seulement les donn´ees rasters chargement et affichage de donn´ees en parall`ele 7/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  12. 12. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Proposition d’une architecture Gestion de jointures G´eomorphose Proposition d’une architecture Architecture g´en´erale s´eparation de la gestion du CPU et du GPU utilisation seulement les donn´ees rasters chargement et affichage de donn´ees en parall`ele 7/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  13. 13. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Proposition d’une architecture Gestion de jointures G´eomorphose Proposition d’une architecture Architecture g´en´erale s´eparation de la gestion du CPU et du GPU utilisation seulement les donn´ees rasters chargement et affichage de donn´ees en parall`ele 7/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  14. 14. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Proposition d’une architecture Gestion de jointures G´eomorphose Proposition d’une architecture Architecture g´en´erale s´eparation de la gestion du CPU et du GPU utilisation seulement les donn´ees rasters chargement et affichage de donn´ees en parall`ele 7/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  15. 15. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Proposition d’une architecture Gestion de jointures G´eomorphose Proposition d’une architecture Architecture g´en´erale s´eparation de la gestion du CPU et du GPU utilisation seulement les donn´ees rasters chargement et affichage de donn´ees en parall`ele 7/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  16. 16. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Proposition d’une architecture Gestion de jointures G´eomorphose Gestion de niveau de d´etails hors m´emoire centrale place occup´e en m´emoire centrale vitesse de parcours de l’arbre remise `a l’´echelle pour une vue globale possibilit´e avoir des acc`es parall`ele En terme d’interactivit´e niveaux de d´etails hors m´emoire centrale bas´e sur un quadtree affichage seulement les blocs du quadtree appartenant au champ de vision m´emoire cache LRU + r´ef´erences du quadtree (47% gagne de m´emoire) maillage r´eguli`ere optimis´e imbriqu´e sur le GPU 8/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  17. 17. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Proposition d’une architecture Gestion de jointures G´eomorphose Gestion de niveau de d´etails hors m´emoire centrale En terme d’interactivit´e niveaux de d´etails hors m´emoire centrale bas´e sur un quadtree affichage seulement les blocs du quadtree appartenant au champ de vision m´emoire cache LRU + r´ef´erences du quadtree (47% gagne de m´emoire) maillage r´eguli`ere optimis´e imbriqu´e sur le GPU 8/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  18. 18. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Proposition d’une architecture Gestion de jointures G´eomorphose Gestion de niveau de d´etails hors m´emoire centrale En terme d’interactivit´e niveaux de d´etails hors m´emoire centrale bas´e sur un quadtree affichage seulement les blocs du quadtree appartenant au champ de vision m´emoire cache LRU + r´ef´erences du quadtree (47% gagne de m´emoire) maillage r´eguli`ere optimis´e imbriqu´e sur le GPU 8/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  19. 19. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Proposition d’une architecture Gestion de jointures G´eomorphose Gestion de niveau de d´etails hors m´emoire centrale En terme d’interactivit´e niveaux de d´etails hors m´emoire centrale bas´e sur un quadtree affichage seulement les blocs du quadtree appartenant au champ de vision m´emoire cache LRU + r´ef´erences du quadtree (47% gagne de m´emoire) maillage r´eguli`ere optimis´e imbriqu´e sur le GPU 8/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  20. 20. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Proposition d’une architecture Gestion de jointures G´eomorphose Gestion de niveau de d´etails hors m´emoire centrale En terme d’interactivit´e niveaux de d´etails hors m´emoire centrale bas´e sur un quadtree affichage seulement les blocs du quadtree appartenant au champ de vision m´emoire cache LRU + r´ef´erences du quadtree (47% gagne de m´emoire) maillage r´eguli`ere optimis´e imbriqu´e sur le GPU 8/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  21. 21. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Proposition d’une architecture Gestion de jointures G´eomorphose Gestion de niveau de d´etails hors m´emoire centrale En terme d’interactivit´e niveaux de d´etails hors m´emoire centrale bas´e sur un quadtree affichage seulement les blocs du quadtree appartenant au champ de vision m´emoire cache LRU + r´ef´erences du quadtree (47% gagne de m´emoire) maillage r´eguli`ere optimis´e imbriqu´e sur le GPU 8/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  22. 22. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Proposition d’une architecture Gestion de jointures G´eomorphose Gestion de niveau de d´etails hors m´emoire centrale En terme d’interactivit´e niveaux de d´etails hors m´emoire centrale bas´e sur un quadtree affichage seulement les blocs du quadtree appartenant au champ de vision m´emoire cache LRU + r´ef´erences du quadtree (47% gagne de m´emoire) maillage r´eguli`ere optimis´e imbriqu´e sur le GPU 8/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  23. 23. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Proposition d’une architecture Gestion de jointures G´eomorphose Gestion de niveau de d´etails hors m´emoire centrale gain de m´emoire d’un facteur 11 par rapport `a l’utilisation d’un maillage classique ”Geometry Instancing”fournit au rendu plusieurs copies d’un mˆeme maillage En terme d’interactivit´e niveaux de d´etails hors m´emoire centrale bas´e sur un quadtree affichage seulement les blocs du quadtree appartenant au champ de vision m´emoire cache LRU + r´ef´erences du quadtree (47% gagne de m´emoire) maillage r´eguli`ere optimis´e imbriqu´e sur le GPU 8/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  24. 24. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Proposition d’une architecture Gestion de jointures G´eomorphose Quatree d’erreur m´etrique En terme de qualit´e de rendu subdivision adaptative du quadtree selon erreur m´etrique gestion de jointure du maillage avec ”fonction partie enti`ere et partie fractionnaire” d´etails g´eom´etriques suppl´ementaires avec ”normal mapping” 9/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  25. 25. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Proposition d’une architecture Gestion de jointures G´eomorphose Quatree d’erreur m´etrique En terme de qualit´e de rendu subdivision adaptative du quadtree selon erreur m´etrique gestion de jointure du maillage avec ”fonction partie enti`ere et partie fractionnaire” d´etails g´eom´etriques suppl´ementaires avec ”normal mapping” 9/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  26. 26. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Proposition d’une architecture Gestion de jointures G´eomorphose Quatree d’erreur m´etrique En terme de qualit´e de rendu subdivision adaptative du quadtree selon erreur m´etrique gestion de jointure du maillage avec ”fonction partie enti`ere et partie fractionnaire” d´etails g´eom´etriques suppl´ementaires avec ”normal mapping” 9/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  27. 27. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Proposition d’une architecture Gestion de jointures G´eomorphose Quatree d’erreur m´etrique 1 taille du nœud dans l’espace d’´ecran 2 erreur m´etrique d’un nœud dans l’espace d’´ecran En terme de qualit´e de rendu subdivision adaptative du quadtree selon erreur m´etrique gestion de jointure du maillage avec ”fonction partie enti`ere et partie fractionnaire” d´etails g´eom´etriques suppl´ementaires avec ”normal mapping” 9/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  28. 28. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Proposition d’une architecture Gestion de jointures G´eomorphose Quatree d’erreur m´etrique 1 taille du nœud dans l’espace d’´ecran 2 erreur m´etrique d’un nœud dans l’espace d’´ecran En terme de qualit´e de rendu subdivision adaptative du quadtree selon erreur m´etrique gestion de jointure du maillage avec ”fonction partie enti`ere et partie fractionnaire” d´etails g´eom´etriques suppl´ementaires avec ”normal mapping” 9/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  29. 29. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Proposition d’une architecture Gestion de jointures G´eomorphose Quatree d’erreur m´etrique En terme de qualit´e de rendu subdivision adaptative du quadtree selon erreur m´etrique gestion de jointure du maillage avec ”fonction partie enti`ere et partie fractionnaire” d´etails g´eom´etriques suppl´ementaires avec ”normal mapping” 9/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  30. 30. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Proposition d’une architecture Gestion de jointures G´eomorphose Quatree d’erreur m´etrique En terme de qualit´e de rendu subdivision adaptative du quadtree selon erreur m´etrique gestion de jointure du maillage avec ”fonction partie enti`ere et partie fractionnaire” d´etails g´eom´etriques suppl´ementaires avec ”normal mapping” 9/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  31. 31. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Proposition d’une architecture Gestion de jointures G´eomorphose Quatree d’erreur m´etrique TOP (floor) BOTTOM (ceilling) pas de maillage suppl´ementaire effectuer directement sur le GPU au moment du rendu En terme de qualit´e de rendu subdivision adaptative du quadtree selon erreur m´etrique gestion de jointure du maillage avec ”fonction partie enti`ere et partie fractionnaire” d´etails g´eom´etriques suppl´ementaires avec ”normal mapping” 9/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  32. 32. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Proposition d’une architecture Gestion de jointures G´eomorphose Quatree d’erreur m´etrique n vecteurs normaux g´en´er´es `a la vol´e effectuer directement sur le GPU au moment du rendu utilisation 4 ”texture fetch” En terme de qualit´e de rendu subdivision adaptative du quadtree selon erreur m´etrique gestion de jointure du maillage avec ”fonction partie enti`ere et partie fractionnaire” d´etails g´eom´etriques suppl´ementaires avec ”normal mapping” 9/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  33. 33. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Proposition d’une architecture Gestion de jointures G´eomorphose Quatree d’erreur m´etrique En terme de qualit´e de rendu subdivision adaptative du quadtree selon erreur m´etrique gestion de jointure du maillage avec ”fonction partie enti`ere et partie fractionnaire” d´etails g´eom´etriques suppl´ementaires avec ”normal mapping” 9/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  34. 34. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Proposition d’une architecture Gestion de jointures G´eomorphose G´eomorphose G´eomorphose transition brusque entre les blocs g´en`ere l’art´efact ”popping” morphose avec une structure hi´erarchique rel`eve les contraintes : ”morph down”(`a gauche) et ”morph up”(`a droite) l’´evolution du coefficient de morphose durant le temps garantit une transition douche entre les diff´erentes versions de maillages 10/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  35. 35. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Proposition d’une architecture Gestion de jointures G´eomorphose G´eomorphose G´eomorphose transition brusque entre les blocs g´en`ere l’art´efact ”popping” morphose avec une structure hi´erarchique rel`eve les contraintes : ”morph down”(`a gauche) et ”morph up”(`a droite) l’´evolution du coefficient de morphose durant le temps garantit une transition douche entre les diff´erentes versions de maillages 10/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  36. 36. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Proposition d’une architecture Gestion de jointures G´eomorphose G´eomorphose G´eomorphose transition brusque entre les blocs g´en`ere l’art´efact ”popping” morphose avec une structure hi´erarchique rel`eve les contraintes : ”morph down”(`a gauche) et ”morph up”(`a droite) l’´evolution du coefficient de morphose durant le temps garantit une transition douche entre les diff´erentes versions de maillages 10/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  37. 37. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Performance Param`etres de performance et qualit´e de rendu R´esultats et performances 1 Introduction Contexte Probl´ematiques 2 Contribution Proposition d’une architecture Gestion de jointures G´eomorphose 3 R´esultats et performances Performance Param`etres de performance et qualit´e de rendu 4 Bilan et perspectives Bilan Perspectives 11/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  38. 38. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Performance Param`etres de performance et qualit´e de rendu Performance Performance Lindstrom et al[LP01], Losasso et al. [LH04] et Cignoni et al [CGG+ 03] obtiennent 21, 59 et 65 M /sec. Notre m´ethode donne 45 M /sec Strugar[Str09] donne environ 1200 FPS. Nous obtenons environ 400 FPS [LH04] Notre m´ethode 12/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  39. 39. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Performance Param`etres de performance et qualit´e de rendu Performance Qualit´e d’affichage Dick et al. [DSW09] obtient entre 100 et 250 FPS et lanc´e de rayon [DKW09] donne entre 25 et 35 FPS. Nous obtiendrons 280 FPS [DSW09] Notre m´ethode 12/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  40. 40. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Performance Param`etres de performance et qualit´e de rendu Jeux de donn´ees Ratcliff dimension - pr´ecision : 4096 x 4096 - 25m nature : relativement bossel´e avec une amplitude moyenne 13/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  41. 41. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Performance Param`etres de performance et qualit´e de rendu Jeux de donn´ees Afrique dimension - pr´ecision : 36000 x 52000 - 50m nature : relativement plat avec quelques r´egions bossel´es d’amplitude faible 13/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  42. 42. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Performance Param`etres de performance et qualit´e de rendu Jeux de donn´ees Autriche dimension - pr´ecision : 16385 x 16385 - 1m nature : tr`es haute pr´ecision et tr`es bossel´e avec une grande amplitude 13/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  43. 43. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Performance Param`etres de performance et qualit´e de rendu Jeux de donn´ees Propri´et´es dimension - pr´ecision : 16385 x 16385 - 10m nature : une grande r´egion plat, une autre partie contient des montagnes de hauteurs moyens et une tr`es bossel´ee 13/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  44. 44. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Performance Param`etres de performance et qualit´e de rendu Nature du terrain 0 50 100 150 200 250 300 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000 FPS Frame Affrique Autriche Pudget Ratcliff 14/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  45. 45. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Performance Param`etres de performance et qualit´e de rendu R´esolution du terrain 0 50 100 150 200 250 300 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000 FPS Frame 1024 x 1024 2048 x 2048 4096 x 4096 8192 x 8192 16384 x 16384 15/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  46. 46. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Performance Param`etres de performance et qualit´e de rendu Nombre de triangles du maillage 0 50 100 150 200 250 300 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000 FPS Frame 512 2048 8192 32768 16/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  47. 47. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Performance Param`etres de performance et qualit´e de rendu R´esolution d’´ecran 0 50 100 150 200 250 300 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000 FPS Frame 320 x 200 800 x 480 1024 x 600 1280 x 768 1920 x 1080 17/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  48. 48. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Performance Param`etres de performance et qualit´e de rendu Erreur m´etrique tol´er´ee 0 20 40 60 80 100 120 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000 FPS Frame 5 7 9 11 18/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  49. 49. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Performance Param`etres de performance et qualit´e de rendu Geomorphose 0 50 100 150 200 250 300 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000 FPS Frame Sans géomorphose Avec géomorphose 19/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  50. 50. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Performance Param`etres de performance et qualit´e de rendu Contrˆoler FPS 90 100 110 120 130 140 150 4 6 8 10 12 14 16 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 FPS Numberofrenderedchunks Time step FPS with control Number of chunks with control FPS without control Number of chunks without control 20/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  51. 51. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Performance Param`etres de performance et qualit´e de rendu Synth`ese de performances profondeur du quadtree nature du terrain (bossel´ee ou peu bossel´ee) qualit´e et performance par erreur m´etrique geomorphose peu coˆuteuse possibilit´e de contrˆoler la performance d’affichage 21/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  52. 52. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Bilan Perspectives Bilan et perspectives 1 Introduction Contexte Probl´ematiques 2 Contribution Proposition d’une architecture Gestion de jointures G´eomorphose 3 R´esultats et performances Performance Param`etres de performance et qualit´e de rendu 4 Bilan et perspectives Bilan Perspectives 22/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  53. 53. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Bilan Perspectives Architecture globale Architecture simple et efficace niveaux de d´etails bas´es sur un quadtree pr´ecision de la g´eom´etrie et de la couleur au niveau pixel grˆace `a un choix judicieux de crit`eres de subdivision chargement des donn´ees raster effectu´e par un thread en parall`ele m´emoire cache de type LRU modifi´ee utilisation seulement les donn´ees bitmap pour envoyer `a la carte graphique 23/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  54. 54. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Bilan Perspectives Architecture globale Architecture simple et efficace niveaux de d´etails bas´es sur un quadtree pr´ecision de la g´eom´etrie et de la couleur au niveau pixel grˆace `a un choix judicieux de crit`eres de subdivision chargement des donn´ees raster effectu´e par un thread en parall`ele m´emoire cache de type LRU modifi´ee utilisation seulement les donn´ees bitmap pour envoyer `a la carte graphique 23/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  55. 55. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Bilan Perspectives Architecture globale Architecture simple et efficace niveaux de d´etails bas´es sur un quadtree pr´ecision de la g´eom´etrie et de la couleur au niveau pixel grˆace `a un choix judicieux de crit`eres de subdivision chargement des donn´ees raster effectu´e par un thread en parall`ele m´emoire cache de type LRU modifi´ee utilisation seulement les donn´ees bitmap pour envoyer `a la carte graphique 23/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  56. 56. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Bilan Perspectives Architecture globale Architecture simple et efficace niveaux de d´etails bas´es sur un quadtree pr´ecision de la g´eom´etrie et de la couleur au niveau pixel grˆace `a un choix judicieux de crit`eres de subdivision chargement des donn´ees raster effectu´e par un thread en parall`ele m´emoire cache de type LRU modifi´ee (47% gain de m´emoire) utilisation seulement les donn´ees bitmap pour envoyer `a la carte graphique 23/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  57. 57. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Bilan Perspectives Architecture globale Architecture simple et efficace niveaux de d´etails bas´es sur un quadtree pr´ecision de la g´eom´etrie et de la couleur au niveau pixel grˆace `a un choix judicieux de crit`eres de subdivision chargement des donn´ees raster effectu´e par un thread en parall`ele m´emoire cache de type LRU modifi´ee utilisation seulement les donn´ees bitmap pour envoyer `a la carte graphique 23/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  58. 58. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Bilan Perspectives Rendu ind´ependant de chaque nœud sur le GPU Individuellement et enti`erement sur la carte graphique utilisation d’une grille de maillage imbriqu´ee sur la carte graphique pour repr´esenter les maillages de tous les blocs du terrain (gain facteur de 11 de m´emoire par rapport un maillage 3D classique) d´etails g´eom´etriques ajout´es par l’utilisation de la technique ”normal mapping”avec les vecteurs normaux calcul´ees `a la vol´ee art´efacts sur la jointure entre la fronti`ere des blocs de quadtree sont enlev´es les fonctions partie enti`ere et partie fractionnaire 24/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  59. 59. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Bilan Perspectives Rendu ind´ependant de chaque nœud sur le GPU Individuellement et enti`erement sur la carte graphique utilisation d’une grille de maillage imbriqu´ee sur la carte graphique pour repr´esenter les maillages de tous les blocs du terrain (gain facteur de 11 de m´emoire par rapport un maillage 3D classique) d´etails g´eom´etriques ajout´es par l’utilisation de la technique ”normal mapping”avec les vecteurs normaux calcul´ees `a la vol´ee art´efacts sur la jointure entre la fronti`ere des blocs de quadtree sont enlev´es les fonctions partie enti`ere et partie fractionnaire 24/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  60. 60. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Bilan Perspectives Rendu ind´ependant de chaque nœud sur le GPU Individuellement et enti`erement sur la carte graphique utilisation d’une grille de maillage imbriqu´ee sur la carte graphique pour repr´esenter les maillages de tous les blocs du terrain (gain facteur de 11 de m´emoire par rapport un maillage 3D classique) d´etails g´eom´etriques ajout´es par l’utilisation de la technique ”normal mapping”avec les vecteurs normaux calcul´ees `a la vol´ee art´efacts sur la jointure entre la fronti`ere des blocs de quadtree sont enlev´es les fonctions partie enti`ere et partie fractionnaire 24/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  61. 61. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Bilan Perspectives Geomorphose Geomorphose bien adapt´ee avec notre structure de donn´ees nous d´eterminons d’abord la direction de morphose de chaque nœud puis modifions la valeur du coefficient de morphose maillage de type grille r´eguli`ere permet d’avoir une transformation simple et efficace vers des diff´erentes version de pr´ecision la geomorphose effectu´ee sur la carte graphique avec le coefficient de morphose et ceux des nœuds voisins 25/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  62. 62. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Bilan Perspectives Geomorphose Geomorphose bien adapt´ee avec notre structure de donn´ees nous d´eterminons d’abord la direction de morphose de chaque nœud puis modifions la valeur du coefficient de morphose maillage de type grille r´eguli`ere permet d’avoir une transformation simple et efficace vers des diff´erentes version de pr´ecision la geomorphose effectu´ee sur la carte graphique avec le coefficient de morphose et ceux des nœuds voisins 25/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  63. 63. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Bilan Perspectives Geomorphose Geomorphose bien adapt´ee avec notre structure de donn´ees nous d´eterminons d’abord la direction de morphose de chaque nœud puis modifions la valeur du coefficient de morphose maillage de type grille r´eguli`ere permet d’avoir une transformation simple et efficace vers des diff´erentes version de pr´ecision la geomorphose effectu´ee sur la carte graphique avec le coefficient de morphose et ceux des nœuds voisins 25/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  64. 64. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Bilan Perspectives Perspectives Nombreuses perspectives possibles 1 l’utilisation du quadtree a une limite qui est la profondeur du quadtree 2 dans la domaine g´eophysique, plusieurs couches de terrains sont manipul´ees en mˆeme temps 3 les donn´ees vectorielles volumineuses (routes, rivi`eres, bˆatiments ...) sont repr´esent´ees de mani`eres diff´erentes que le terrain Visualisation des donn´ees vectorielles 1 techniques bas´es sur la g´eom´etrique (maillages suppl´ementaires) 2 techniques bas´es sur le placage de texture (qualit´e de rendu de tr`es pr`es) 26/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  65. 65. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Bilan Perspectives Perspectives Nombreuses perspectives possibles 1 l’utilisation du quadtree a une limite qui est la profondeur du quadtree 2 dans la domaine g´eophysique, plusieurs couches de terrains sont manipul´ees en mˆeme temps 3 les donn´ees vectorielles volumineuses (routes, rivi`eres, bˆatiments ...) sont repr´esent´ees de mani`eres diff´erentes que le terrain Visualisation des donn´ees vectorielles 1 techniques bas´es sur la g´eom´etrique (maillages suppl´ementaires) 2 techniques bas´es sur le placage de texture (qualit´e de rendu de tr`es pr`es) 26/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  66. 66. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Bilan Perspectives Perspectives Nombreuses perspectives possibles 1 l’utilisation du quadtree a une limite qui est la profondeur du quadtree 2 dans la domaine g´eophysique, plusieurs couches de terrains sont manipul´ees en mˆeme temps 3 les donn´ees vectorielles volumineuses (routes, rivi`eres, bˆatiments ...) sont repr´esent´ees de mani`eres diff´erentes que le terrain Visualisation des donn´ees vectorielles 1 techniques bas´es sur la g´eom´etrique (maillages suppl´ementaires) 2 techniques bas´es sur le placage de texture (qualit´e de rendu de tr`es pr`es) 26/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  67. 67. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Bilan Perspectives Perspectives Nombreuses perspectives possibles 1 l’utilisation du quadtree a une limite qui est la profondeur du quadtree 2 dans la domaine g´eophysique, plusieurs couches de terrains sont manipul´ees en mˆeme temps 3 les donn´ees vectorielles volumineuses (routes, rivi`eres, bˆatiments ...) sont repr´esent´ees de mani`eres diff´erentes que le terrain Visualisation des donn´ees vectorielles 1 techniques bas´es sur la g´eom´etrique (maillages suppl´ementaires) 2 techniques bas´es sur le placage de texture (qualit´e de rendu de tr`es pr`es) 26/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  68. 68. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Bilan Perspectives Merci de votre attention Merci de votre attention. 27/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  69. 69. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Bilan Perspectives A. Asirvatham and H. Hoppe. Terrain rendering using GPU-based geometry clipmaps. GPU Gems, 2 :27–45, 2005. Paolo Cignoni, Fabio Ganovelli, Enrico Gobbetti, Fabio Marton, Federico Ponchio, and Roberto Scopigno. Planet-sized batched dynamic adaptive meshes (p-bdam). Visualization Conference, IEEE, 0 :20, 2003. W.H. De Boer. Fast terrain rendering using geometrical mipmapping. Unpublished paper, available at http: // www. flipcode. com/ articles/ articlegeomipmaps. pdf , 2000. C. Dick, J. Kruger, and R. Westermann. GPU ray-casting for scalable terrain rendering. Proc. Eurographics 2009–Areas Papers, 2009. C. Dick, J. Schneider, and R. Westermann. Efficient geometry compression for GPU-based decoding in realtime terrain rendering. 27/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  70. 70. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Bilan Perspectives In Computer Graphics Forum, volume 28, pages 67–83. John Wiley & Sons, 2009. M. Duchaineau, M. Wolinsky, D.E. Sigeti, M.C. Miller, C. Aldrich, and M.B. Mineev-Weinstein. ROAMing terrain : Real-time optimally adapting meshes. In Visualization ’97, Proceedings, pages 81–88, 1997. Hugues Hoppe. Progressive meshes. In Proceedings of the 23rd annual conference on Computer graphics and interactive techniques, pages 99–108. ACM, 1996. H. Hoppe. View-dependent refinement of progressive meshes. In Proceedings of the 24th annual conference on Computer graphics and interactive techniques, pages 189–198. ACM Press/Addison-Wesley Publishing Co., 1997. Frank Losasso and Hugues Hoppe. Geometry clipmaps : terrain rendering using nested regular grids. ACM Trans. Graph., 23 :769–776, 2004. Peter Lindstrom and Valerio Pascucci. 27/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain
  71. 71. Introduction Contribution R´esultats et performances Bilan et perspectives Bilan Perspectives Visualization of large terrains made easy. In Proceedings of the conference on Visualization ’01, VIS ’01, pages 363–371, Washington, DC, USA, 2001. IEEE Computer Society. Renato Pajarola. Large scale terrain visualization using the restricted quadtree triangulation. Visualization Conference, IEEE, 0 :19, 1998. Stefan Roettger, Wolfgang Heidrich, Philipp Slusallek, and Hans-Peter Seidel. Real-Time generation of continuous levels of detail for height fields. Proc. WSCG-98, pages 315–322, 1998. Filip Strugar. Continuous distance-dependent level of detail for rendering heightmaps. journal of graphics, gpu, and game tools, 14(4) :57–74, 2009. Ulrich Thatcher. Rendering massive terrains using chunked level of detail control. SIGGRAPH Course Notes, 3(5), 2002. 27/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

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