Institut für C omputer G raphik, TU Braunschweig ModNav3D D. Fellner, S. Havemann, G. Müller 1 Modellierung von und Navigation in 3D-Dokumenten (ModNav3D) D. Fellner, S. Havemann, G. Müller Institut für ComputerGraphik, TU Braunschweig {d.fellner, s.havemann, V 3 D 2 -Projekt

Institut für C omputer G raphik, TU Braunschweig ModNav3D D. Fellner, S. Havemann, G. Müller 2 3D-Welten als digitale Dokumente u Probleme l geeignete (verteilte !) Beschreibung l Navigation (Retrieval) l Effiziente interaktive Darstellung u Neue Sichtweise: Digital Libraries (DL) l 3D-Modelle mit Strukturinformationen versehen l Fazit nach zwei Jahren ModNav3D: DLs und Computergraphik profitieren voneinander

Institut für C omputer G raphik, TU Braunschweig ModNav3D D. Fellner, S. Havemann, G. Müller 3 Kernidee Sehr große virtuelle Welten sind nur handhab- bar durch eine Kombination neuer Ansätze u Modellierung: Szenenbeschreibungen müssen kompakter und damit abstrakter werden u Visualisierung und Navigation: Effiziente Auswertung dieser Beschreibung

Institut für C omputer G raphik, TU Braunschweig ModNav3D D. Fellner, S. Havemann, G. Müller 4 Mehrschicht-Modell Generative Modellierung Progressive Netze Subdivision Surfaces

Institut für C omputer G raphik, TU Braunschweig ModNav3D D. Fellner, S. Havemann, G. Müller 5 Modellierung 1: Subdivision Surfaces u Freiform-Modellierung reduziert auf Polyeder-Modellierung(Kontrollnetz) u Reduktion der Modellgröße um ein bis zwei Größenordnungen gegenüber Polygon- approximation u Adaptive Tesselierung während der Interaktion

Institut für C omputer G raphik, TU Braunschweig ModNav3D D. Fellner, S. Havemann, G. Müller 6 Modellierung 2: Progressive Netze u Grundidee: Statt diskreter Levels of Detail Speichere grobes Basisnetz und eine Liste der Verfeinerungsoperationen u Verallgemeinerung: Wohldefinierte Menge von elementaren Modellieroperationen für Polygonnetze

Institut für C omputer G raphik, TU Braunschweig ModNav3D D. Fellner, S. Havemann, G. Müller 7 Modellierung 2: Elementaroperationen faceSplit edgeSplit vertexSplit edgeSwap shellSplit

Institut für C omputer G raphik, TU Braunschweig ModNav3D D. Fellner, S. Havemann, G. Müller 8 Modellierung 3: Generative Modellierung u Sequenz von Elementaroperationen als Makro u Anwender definieren eigene Modellieroperationen u Bibliothek von Lösungen für häufige Modellierprobleme => DL ! u 3D-Modell enthält nur Makro-Aufrufe => drastisch kleinere Modelle u [Demo]

Institut für C omputer G raphik, TU Braunschweig ModNav3D D. Fellner, S. Havemann, G. Müller 9 Modellierung: Future Work 4 Subdivision Surfaces auf Drei-/Vierecksnetzen 4 Elementaroperationen für Netze (STL) 4 Generative Modelle: Datenstruktur enthält Berechnungen mit Floats, 3D-Punkten u. Netzen u To do: l Caching auf/zwischen allen Ebenen l Auswertung des Generativen Modells vor Aufbau des Kontrollnetzes (=> [Demo])

Institut für C omputer G raphik, TU Braunschweig ModNav3D D. Fellner, S. Havemann, G. Müller 10 Visualisierung und Navigation u Interaktion mit sehr großen 3D-Dok. nur möglich durch effizientes spatial retrieval (=> DL) l Visualisierung (Sichtbarkeitsberechnungen) l Navigation (Kollisionserkennung und -reaktion) u Technische Grundlagen d. Szenenstrukturierung: l automat. Aufbau natürlicher Objekthierarchien l effizienter Strahlschnitt mit Objekten l abstrakte, semantische Objektidentifikation

Institut für C omputer G raphik, TU Braunschweig ModNav3D D. Fellner, S. Havemann, G. Müller 11 Visualisierung: Szenenhierarchisierung I u Gewünscht: l intuitive hierarchische Verteilung der Elementarobjekte für effiziente räumliche Anfragen l kurze Konstruktionszeiten l keine manuelle Parameterwahl

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Institut für C omputer G raphik, TU Braunschweig ModNav3D D. Fellner, S. Havemann, G. Müller 14 Visualisierung: Szenenhierarchisierung II u Eigenschaften: l Optimierung einer Kostenfunktion l Enge Hüllkörper l Automatisches Erkennen geometrischer Details l Automatische Trennung entfernter Objekte l Geringe Konstruktionszeiten: O(n log n)

Institut für C omputer G raphik, TU Braunschweig ModNav3D D. Fellner, S. Havemann, G. Müller 15 Visualisierung: Anwendungen I Raytracing [Hybrid Scene Structuring with Application to Ray Tracing, ICVC99, Goa, 1999.] [Vergleich von Beschleunigungstechniken für effizientes Ray-Tracing, TR TUBSCG , 1998.] l beschleunigte Sichtbarkeitsberechnungen l Kollisionserkennung l 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.] l hierarchischer Energietransport l [Video]

Institut für C omputer G raphik, TU Braunschweig ModNav3D 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 (also: TR WSI/GRIS, WSI-99-13, ISSN ).] l View frustum culling u Ausblenden unsichtbarer Bereiche l Occlusion culling u Ausblenden verdeckter Bereiche l [Demo]

Institut für C omputer G raphik, TU Braunschweig ModNav3D D. Fellner, S. Havemann, G. Müller 17 V 3 D 2 Phase I: Zusammenfassung u Neuer, DL-orientierter Ansatz zur Modellierung und Visualisierung sehr großer 3D-Welten l strukturerhaltende, extrem kompakte Beschreibung l effiziente Auswertung u Ergebnis: Leistungsfähige Komponenten l Mehrschichtiger Aufbau ermöglicht Optimierungen auf mehreren Ebenen u Fazit: Tragfähiger neuer Ansatz

Institut für C omputer G raphik, TU Braunschweig ModNav3D D. Fellner, S. Havemann, G. Müller 18 V 3 D 2 Phase II: Konsolidierung u Integration und Abstimmung der Komponenten Entwurf eines Large Model Viewers [Modeling of and navigation in complex 3D documents, Computers & Graphics (22)6 (1998).] u Aufbau einer DL von Werkzeugen und Modellen Collaborative Work: Verteilte 3D-Dokumente [VR-Lab: A Multi User Environment for Educational Purposes and Presentations, VRML99, Paderborn, 1999.] u Hochqualitative Visualisierung Farbreduktion [Dithered Color Quantisation, Eurographics98, Lisbon, (best paper award)]

Institut für C omputer G raphik, TU Braunschweig ModNav3D D. Fellner, S. Havemann, G. Müller 19 V 3 D 2 Phase II: Erweiterungen u Erweiterung auf 3D-Modelle mit dynamischer Geometrie l Generative Modelle sind durchgängig parametrisiert => Bestimmung parametrisierter Bounding Boxes l Hierarchisierung beweglicher Bounding Boxes u Volumetrische Kollisionserkennung u Parallelisierung (multithreading)