El objetivo principal de esta tesis es presentar un conjunto de técnicas que se han desarrollado para mejorar la visualización en tiempo real de mallas poligonales. Se describen varias soluciones a la gestión del nivel de detalle, haciendo énfasis en la explotación del hardware grafico actual. En consecuencia, las contribuciones optimizan el coste de almacenamiento, reducen el tiempo de extracción y minimizan los datos transferidos a través del BUS. Por último, se presenta una solución que es capaz de gestionar el nivel de detalle completamente en la tarjeta gráfica, reduciendo al máximo el tráfico de datos y ofreciendo tanto resoluciones uniformes como variables. Además, este último método ofrece una fácil implementación en aplicaciones 3D que permiten la aplicación de shaders a mallas poligonales.

Conhecido pelo seu alto custo computacional e grande qualidade das imagens sintetizadas, o traçado de raios vem sendo mais recentemente explorado pela comunidade científica em pesquisas por uma taxa de quadro interativa e constante. Almejando um novo modo de aceleração do traçado de raios, uma nova abordagem denominada traçado de raios assistido pela unidade de processamento gráfico é apresentada neste trabalho. Seu objetivo é dar base à formulação de algoritmos que façam um uso melhor dos recursos disponíveis nas placas de vídeo frequentemente encontradas nos computadores convencionais atuais. Com base nesta abordagem, várias contribuições são propostas nesta dissertação. Além de apresentar conceitos básicos de traçado de raios e uma revisão literária de seus tópicos mais importantes, este trabalho também explica e exemplifica alguns algoritmos clássicos de traçado de raios que serão utilizados como base para outros algoritmos aqui apresentados. Como principal contribuição é proposto e implementado um algoritmo, que calcula os pontos iniciais de varredura de subdivisões espaciais do traçado de raios primários de mapas de alturas a partir de um distance-buffer (mapa de distâncias) sintetizado pela unidade de processamento gráfico da placa de vídeo. Um segundo algoritmo é também proposto, onde um object-buffer (mapa de objetos) é sintetizado pela placa de vídeo para acelerar a varredura de estruturas de subdivisão espacial em cenas com primitivas genéricas do traçado de raios. Contribuições pontuais são realizadas neste trabalho no campo de síntese de mapas de alturas pela definição dos seguintes algoritmos: o algoritmo de reconstrução bilinear analítica, o algoritmo de interpolação biquadrátrica dupla, o algoritmo de predição por planos de altura inclinados e o algoritmo de mapeamento de nível de detalhe de reconstrução da superfície para o modelo de voxels. Uma breve discussão a respeito do futuro de algoritmos de traçado de raios assistido pela unidade de processamento gráfico e de sua implementação em aglomerados gráficos é apresentada no final deste trabalho, explorando novas possibilidades para a sua continuidade, desencadeando novas linhas de pesquisa correlacionadas. / Known by its high computational cost and by the high quality rendered imagens, ray tracing has been most recently explored by the scientific community in researches for interactive and constant frame rate. Aiming for a new way for optimizing ray tracing, a new approach called GPU-assisted ray tracing is defined in this work. Its objective is to be a first step in the formulation of ray tracing algorithms that take better advantage of graphics processing units commonly found in personal computers nowadays. Based on this approach, several contributions are proposed in this work. Besides presenting the basic concepts for ray tracing and a literature review of the most relevant topics, this work also explains and exemplifies some classical algorithms that are used as a base for the new algorithms here presented. As main contribution, we propose and implement an algorithm that calculates the initial points for traversing spatial subdivision structures, for tracing primary rays in height maps from a distance-buffer rendered by the video card. A second algorithm is proposed as well, where an object-buffer is rendered by the video card to accelerate the traversal of rays in spatial subdivision structures for scenes with generic primitives. Individual contributions are made, in this work, in rendering height maps by defining the following algorithms: the analytic bilinear reconstruction algorithm, the double bi-quadratic interpolation algorithm, the prediction by inclined height planes algorithm and the level of detail mapping for surface reconstruction in voxel-based models algorithm. A brief discussion about the future of GPU-assisted ray tracing algorithms and its implementation in graphical clusters is presented at the end of this work, exploiting new possibilities for its continuation and for related research topics.

Conhecido pelo seu alto custo computacional e grande qualidade das imagens sintetizadas, o traçado de raios vem sendo mais recentemente explorado pela comunidade científica em pesquisas por uma taxa de quadro interativa e constante. Almejando um novo modo de aceleração do traçado de raios, uma nova abordagem denominada traçado de raios assistido pela unidade de processamento gráfico é apresentada neste trabalho. Seu objetivo é dar base à formulação de algoritmos que façam um uso melhor dos recursos disponíveis nas placas de vídeo frequentemente encontradas nos computadores convencionais atuais. Com base nesta abordagem, várias contribuições são propostas nesta dissertação. Além de apresentar conceitos básicos de traçado de raios e uma revisão literária de seus tópicos mais importantes, este trabalho também explica e exemplifica alguns algoritmos clássicos de traçado de raios que serão utilizados como base para outros algoritmos aqui apresentados. Como principal contribuição é proposto e implementado um algoritmo, que calcula os pontos iniciais de varredura de subdivisões espaciais do traçado de raios primários de mapas de alturas a partir de um distance-buffer (mapa de distâncias) sintetizado pela unidade de processamento gráfico da placa de vídeo. Um segundo algoritmo é também proposto, onde um object-buffer (mapa de objetos) é sintetizado pela placa de vídeo para acelerar a varredura de estruturas de subdivisão espacial em cenas com primitivas genéricas do traçado de raios. Contribuições pontuais são realizadas neste trabalho no campo de síntese de mapas de alturas pela definição dos seguintes algoritmos: o algoritmo de reconstrução bilinear analítica, o algoritmo de interpolação biquadrátrica dupla, o algoritmo de predição por planos de altura inclinados e o algoritmo de mapeamento de nível de detalhe de reconstrução da superfície para o modelo de voxels. Uma breve discussão a respeito do futuro de algoritmos de traçado de raios assistido pela unidade de processamento gráfico e de sua implementação em aglomerados gráficos é apresentada no final deste trabalho, explorando novas possibilidades para a sua continuidade, desencadeando novas linhas de pesquisa correlacionadas. / Known by its high computational cost and by the high quality rendered imagens, ray tracing has been most recently explored by the scientific community in researches for interactive and constant frame rate. Aiming for a new way for optimizing ray tracing, a new approach called GPU-assisted ray tracing is defined in this work. Its objective is to be a first step in the formulation of ray tracing algorithms that take better advantage of graphics processing units commonly found in personal computers nowadays. Based on this approach, several contributions are proposed in this work. Besides presenting the basic concepts for ray tracing and a literature review of the most relevant topics, this work also explains and exemplifies some classical algorithms that are used as a base for the new algorithms here presented. As main contribution, we propose and implement an algorithm that calculates the initial points for traversing spatial subdivision structures, for tracing primary rays in height maps from a distance-buffer rendered by the video card. A second algorithm is proposed as well, where an object-buffer is rendered by the video card to accelerate the traversal of rays in spatial subdivision structures for scenes with generic primitives. Individual contributions are made, in this work, in rendering height maps by defining the following algorithms: the analytic bilinear reconstruction algorithm, the double bi-quadratic interpolation algorithm, the prediction by inclined height planes algorithm and the level of detail mapping for surface reconstruction in voxel-based models algorithm. A brief discussion about the future of GPU-assisted ray tracing algorithms and its implementation in graphical clusters is presented at the end of this work, exploiting new possibilities for its continuation and for related research topics.

Aquesta tesi tracta del disseny, implementació i discussió d'algoritmes per resoldre problemes de visibilitat i bona-visibilitat utilitzant el hardware gràfic de l'ordinador. Concretament, s'obté una discretització dels mapes de multi-visibilitat i bona-visibilitat a partir d'un conjunt d'objectes de visió i un conjunt d'obstacles. Aquests algoritmes són útils tant per fer càlculs en dues dimensions com en tres dimensions. Fins i tot ens permeten calcular-los sobre terrenys. / In this thesis we design, implement and discuss algorithms that run in the graphics hardware for solving visibility and good-visibility problems. In particular, we compute a discretization of the multi-visibility and good-visibility maps from a set of view objects (points or segments) and a set of obstacles. This computation is carried out for two-dimensional and three-dimensional spaces and even over terrains, which in computational geometry are defined as a 2.5D space.