[pt] Na visualização de campos escalares de dados volumétricos, o uso de seções de corte é uma técnica eficaz para se inspecionar a variação do campo no interior do domínio. A técnica de visualização consiste em mapear sobre a superfície da seção de corte um mapa de cores, o qual representa a variação do campo escalar na interseção da superfície com o volume. Este trabalho propõe um método eficiente para o mapeamento de campos escalares de malhas não estruturadas em seções de corte arbitrárias. Trata-se de um método de renderização direta (a interseção da superfície com o modelo não é extraída) que usa a GPU para garantir bom desempenho. A idéia básica do método proposto é utilizar o rasterizador da placa gráfica para gerar os fragmentos da superfície de corte e calcular a interseção de cada fragmento com o modelo em GPU. Para isso, é necessário testar a localização de cada fragmento na malha não estruturada de maneira eficiente. Como estrutura de aceleração, foram testadas três variações de grades regulares para armazenar os elementos (células) da malha, e cada elemento é representado pela lista de planos de suas faces, facilitando o teste de pertinência fragmento-elemento. Uma vez determinado o elemento que contém o fragmento, são aplicados procedimentos para interpolar o campo escalar e para identificar se o fragmento está próximo à fronteira do elemento, a fim de representar o aramado (wireframe) da malha na superfície de corte. Resultados obtidos demonstram a eficácia e a eficiência do método proposto. / [en] For the visualization of scalar fields in volume data, the use of cross sections is an effective technique to inspect the field variation inside the domain. The technique consists in mapping, on the cross section surfaces, a colormap that represents the scalar field on the surfasse-volume intersection. In this work, we propose an efficient method for mapping scalar fields of unstructured meshes on arbitrary cross sections. It is a direct-rendering method (the intersection of the surface and the model is not extracted) that uses GPU to ensure efficiency. The basic idea is to use the graphics rasterizer to generate the fragments of the cross-section surface and to compute the intersection of each fragment with the model. For this, it is necessary to test the location of each fragment with respect to the unstructured mesh in an efficient way. As acceleration data structure, we tested three variations of regular grids to store the elements (cells) of the mesh, and each elemento is represented by the list of face planes, easing the in-out test between fragments and elements. Once the element that contains the fragment is determined, it is applied procedures to interpolate the scalar field and to check if the fragment is close to the element boundary, to reveal the mesh wireframe on the surface. Achieved results demonstrate the effectiveness and the efficiency of the proposed method.

[pt] A visualização eficiente de grandes modelos digitais de elevação continua sendo um desafio para aplicações em tempo real. O uso direto de novas tecnologias de triangulação em placas gráficas tem uma aplicabilidade limitada no gerenciamento dos níveis de detalhe para grandes modelos. Embora o hardware gráfico seja capaz de controlar a resolução do modelo de um modo bastante eficiente, todos os dados devem estar em memória. Isso compromete a escalabilidade de soluções simples baseadas em GPU para controlar o nível de detalhe. Neste trabalho, é proposto um novo algoritmo eficiente e escalável para lidar com grandes modelos digitais de elevação. A proposta combina efetivamente a triangulação em GPU com a gerência de ladrilhos em CPU, tirando proveito da capacidade de processamento da GPU ao mesmo tempo que mantém o uso de memória gráfica dentro dos limites práticos. Também é proposta uma técnica para gerenciar o nível de detalhe da imagem aérea mapeada sobre o modelo de elevação como texturas. Ambas gerências de níveis de detalhe (geometria e textura) executam separadamente, e os ladrilhos são combinados sem a necessidade de carregar qualquer dado adicional. O gerenciamento de níveis de detalhe é então estendido para lidar com modelos com bordas irregulares e buracos. / [en] Efficient rendering of large digital elevation models remains as a challenge for real-time applications. The direct use of hardware tessellation has limited applicability for managing level of detail of large models. Although the graphics hardware is capable of controlling the resolution of patches in a very efficient manner, the whole patch data must be loaded in memory. This compromises the scalability of GPU-based naive solutions for controlling level of detail. In this work, we propose an efficient and scalable new algorithm for large digital elevation models. Our proposal effectively combines GPU tessellation with CPU tile management, taking full advantage of GPU processing capabilities while maintaining graphics-memory use under practical limits. We also propose a technique to manage level of detail of aerial imagery mapped on top of elevation models as textures. Both geometry and texture level of detail management run independently, and tiles are combined with no need to load extra data. The proposed level of detail management is then extended to handle model with irregular border and holes.

[pt] Técnicas de mapeamento de rugosidade são amplamente utilizadas para simular detalhes estruturais de superfícies tridimensionais com o intuito de aumentar a qualidade visual e compensar o baixo detalhamento geométrico usualmente aplicado aos modelos enviados à GPU por questões de desempenho. Avanços recentes no pipeline de renderização permitiram a geração massiva de vértices no hardware gráfico através do recurso de tesselação, oferecendo aos desenvolvedores uma poderosa ferramenta para controle do nível de detalhes de objetos. Este trabalho apresenta uma técnica para o detalhamento geométrico de modelos utilizando tesselação em hardware, baseada tanto em mapas précomputados quanto em dados de deslocamento gerados inteiramente na GPU por meio de técnicas de texturas procedimentais. Análises de desempenho e qualidade visual demonstram as vantagens do método proposto em relação a uma técnica de detalhamento baseada em imagens que é utilizada frequentemente em jogos eletrônicos para enriquecimento da qualidade visual de seus ambientes. / [en] Bump mapping techniques are widely used to simulate structural details of tridimensional surfaces in order to improve visual quality and compensate for the low geometric detailing generally applied to models sent to the GPU due to performance issues. Recent advances in the rendering pipeline enabled the massive generation of vertex data in the graphics hardware by means of the tessellation feature, providing developers with a powerful tool to control the meshes’ level of details. The present work proposes a technique for geometric detailing of models using hardware tessellation, both based on pre-computed depth maps and on displacement data generated entirely on the GPU through procedural textures techniques. Performance and visual quality analysis demonstrates the advantages of the proposed method in relation to an image-based technique commonly used in videogames for enhancing the visual quality of the environments.

[pt] Rótulos virtuais são utilizados em aplicações de computação gráfica para representar informações textuais dispostas sobre superfícies geométricas. Tais informações consistem em nomes, numerações, ou outros dados relevantes que precisem ser notados rapidamente quando um usuário examina os objetos da cena. Este trabalho tem como foco os chamados modelos massivos, como modelos CAD (Computer Aided Design) de refinarias de petróleo, os quais possuem um grande número de primitivas geométricas cujo rendering apresenta um alto custo computacional. Em grandes projetos de engenharia, é desejável a visualização imediata de informações específicas de cada objeto ou de partes do modelo, as quais, se exibidas por meio de técnicas convencionais de texturização podem extrapolar os recursos computacionais disponíveis. Nesta dissertação desenvolvemos uma forma de exibir, em tempo real, rótulos virtuais com informações distintas, nas superfícies de objetos de modelos massivos. A técnica é implementada inteiramente em GPU, não apresenta perda significativa de desempenho e possui um baixo gasto de memória. Os objetos de modelos CAD são o foco principal do trabalho, apesar de a solução poder ser utilizada em outros tipos de objetos desde que suas coordenadas de textura sejam corretamente ajustadas. / [en] Virtual Labels are used in computer graphics applications to represent textual information arranged on geometric surfaces. Such information consists of names, numbering, or other relevant data that need to be noticed quickly when a user scans the objects in the scene. This paper focuses on the so-called massive models, as CAD models (Computer Aided Design) of oil refineries, which have a large number of geometric primitives whose rendering presents a high computational cost. In large engineering projects, the immediate visualization of information specific to each object or parts of the model is desirable, which, if displayed by conventional texturing techniques can extrapolate the available computational resources. In this work we have developed a way to view, in real time, virtual labels with different information on the surfaces of objects in massive models. The technique is implemented entirely on the GPU, shows no significant loss of performance and low memory cost. CAD models objects are the main focus of the work, although the solution can be used in other types of objects once their texture coordinates are adjusted correctly.

[pt] O objetivo deste trabalho é desenvolver uma solução completa para o traçado de raios de cenas dinâmicas utilizando a GPU. Para que este algoritmo atinja desempenho interativo, é necessário utilizar uma estrutura espacial para reduzir os testes de interseção entre raios e triângulos da cena. Observa-se que, quando há movimento na cena, é necessário atualizar esta estrutura de aceleração, seja alterando-a parcialmente ou reconstruindo-a inteiramente. Adotamos a segunda estratégia por ser capaz de tratar o caso geral de movimento não-estruturado. Como a construção da estrutura deve ser feita da forma mais eficiente possível, escolhemos utilizar uma Grade Uniforme como foco de nossa pesquisa. Suas vantagens incluem um algoritmo de construção simples e um percurso de raios eficiente. Para explorar o poder de processamento em paralelo de uma GPU, é necessário manter os dados da cena e da estrutura de aceleração dentro da placa gráfica, evitando transferências custosas de memória entre a GPU e a CPU. Propomos neste trabalho uma técnica para construir uma grade uniforme inteiramente na GPU. Usando nosso método, é possível reconstruir toda a estrutura em poucos milissegundos, enquanto mantém-se a alta qualidade da grade obtida. Além disso, propomos uma implementaçoes do algoritmo de traçado de raios de forma a aproveitar o processamento em paralelo da GPU. Nosso procedimento é implementado inteiramente dentro da placa gráfica, onde há acesso direto para os dados dos triângulos da cena, bem como as informações da grade uniforme construída. Utilizando a solução proposta, somos capazes de obter taxas de visualização interativas mesmo para cenas com movimentos não-estruturados, incluindo texturas, sombras e até mesmo reflexões. / [en] We present a technique for ray tracing dynamic scenes using the GPU. In order to achieve interactive rendering rates, it is necessary to use a spatial structure to reduce the number of ray-triangle intersections performed. Whenever there is movement in the scene, this structure is entirely rebuilt. This way, it is possible to handle general unstructured motion. For this purpose, we have developed an algorithm for reconstructing Uniform Grids entirely inside the graphics hardware. In addition, we present ray-traversal and shading algorithms fully implemented on the GPU, including textures, shadows and reections. Combining these techniques, we demonstrate interactive ray tracing performance for dynamic scenes, even with unstructured motion and advanced shading effects.