[pt] Um dos maiores gargalos do pipeline gráfico hoje é a largura de banda disponível entre a GPU e CPU. Para minimizar esse gargalo funcionalidades programáveis foram inseridas nas placas de vídeo. Com o Geometry Shader é possível criar vértices em GPU, porém, este estágio da pipeline apresenta performance baixa. Com o lançamento das novas APIs gráficas (DirectX11 e OpenGL4) em 2009, foi adicionado o Tessellator, que permite a criação de vértices em massa na GPU. Esta dissertação estuda este novo estágio da pipeline, bem como apresenta algoritmos clássicos (PN-Triangles e Phong Tessellation) que originalmente foram feitos para CPU e propõe novos algoritmos (Renderização de Tubos e Terrenos em GPU) para tirar proveito deste novo paradigma. / [en] One of the main bottlenecks in the graphics pipeline nowadays is the memory bandwidth available between the CPU and the GPU. To avoid this bottleneck, programmable features were inserted into the video cards. With the Geometry Shader launch it is possible to create vertices in the GPU, however, this pipeline stage has a low performance. With the new graphic APIs (DirectX11 and OpenGL4) a Tessellator stage that allows massive vertex generation inside the GPU was created. This dissertation studies this new pipeline stage, as well as presents classic algorithms (PN-Triangles and Phong Tessellation) that were originally designed for CPU and proposes new algorithms (Tubes and Terrain rendering in the GPU) that takes advantage of this new paradigm.

O mapeamento de texturas é uma técnica bastante importante para adicionar detalhamento a modelos geométricos. O mapeamento de texturas baseadas em imagens costuma ser a abordagem preferida, mas faz uso de imagens pré-computadas que são mais adequadas à representação de padrões estáticos. Por outro lado, texturas procedurais oferecem uma alternativa que depende de funções para descrever os padrões das texturas. Elas garantem mais flexibilidade na definição dos padrões em cenas dinâmicas, tendo ainda uma representação mais compacta e dando um maior controle da aparência da textura através do ajuste de parâmetros. Quando mapeadas por coordenadas 3D, as texturas procedurais não consideram a forma da superfície domodelo, e com coordenadas 2D torna-se necessária a definição dessas coordenadas de forma coerente, que, em modelos complexos ,não é uma tarefa simples. Neste trabalho nós introduzimos o leitor às texturas procedurais e ao mapeamento de texturas, então apresentamos GeoTextures, uma nova abordagem que faz uso de distâncias geodésicas definidas com base em múltiplos pontos de origem sobre a superfície do modelo. As distâncias geodésicas são passadas como parâmetros que permitem que a textura procedural se adeqüe ao relevo do modelo texturizado. Nós validamos a proposta ao usar alguns exemplos de texturas procedurais aplicadas em tempo real na texturização de superfícies complexas, mudando tanto a textura do modelo como a forma, através do uso de tesselagem em hardware. / Texture mapping is an important technique to add detail to geometric models. Imagebased texture mapping is the preferred approach but employs pre-computed images, which are better suited for static patterns. On the other hand, procedural-based texture mapping offers an alternative that rely on functions to describe texturing patterns. This allows more flexibility to define patterns in dynamic scenes, while also having a more compact representation and more control for parametric adjustments on the texture visual appearance. When mapped with 3D coordinates, the procedural textures do not consider the model surface, and with 2D mapping the coordinates must be defined in a coherent way, which for complex models is not an easy task. In this work we give a introduction to procedural texturing and texture mapping, and introduce GeoTextures, an original approach that uses geodesic distance defined from multiple sources at different locations over the surface of the model. The geodesic distance is passed as a parameter that allows the shape of the model to be considered in the definition of the procedural texture. We validate the proposal using procedural textures that are applied in real-time to complex surfaces, and show examples that change both the shading of the models, as well as their shape using hardware-based tessellation.

O mapeamento de texturas é uma técnica bastante importante para adicionar detalhamento a modelos geométricos. O mapeamento de texturas baseadas em imagens costuma ser a abordagem preferida, mas faz uso de imagens pré-computadas que são mais adequadas à representação de padrões estáticos. Por outro lado, texturas procedurais oferecem uma alternativa que depende de funções para descrever os padrões das texturas. Elas garantem mais flexibilidade na definição dos padrões em cenas dinâmicas, tendo ainda uma representação mais compacta e dando um maior controle da aparência da textura através do ajuste de parâmetros. Quando mapeadas por coordenadas 3D, as texturas procedurais não consideram a forma da superfície domodelo, e com coordenadas 2D torna-se necessária a definição dessas coordenadas de forma coerente, que, em modelos complexos ,não é uma tarefa simples. Neste trabalho nós introduzimos o leitor às texturas procedurais e ao mapeamento de texturas, então apresentamos GeoTextures, uma nova abordagem que faz uso de distâncias geodésicas definidas com base em múltiplos pontos de origem sobre a superfície do modelo. As distâncias geodésicas são passadas como parâmetros que permitem que a textura procedural se adeqüe ao relevo do modelo texturizado. Nós validamos a proposta ao usar alguns exemplos de texturas procedurais aplicadas em tempo real na texturização de superfícies complexas, mudando tanto a textura do modelo como a forma, através do uso de tesselagem em hardware. / Texture mapping is an important technique to add detail to geometric models. Imagebased texture mapping is the preferred approach but employs pre-computed images, which are better suited for static patterns. On the other hand, procedural-based texture mapping offers an alternative that rely on functions to describe texturing patterns. This allows more flexibility to define patterns in dynamic scenes, while also having a more compact representation and more control for parametric adjustments on the texture visual appearance. When mapped with 3D coordinates, the procedural textures do not consider the model surface, and with 2D mapping the coordinates must be defined in a coherent way, which for complex models is not an easy task. In this work we give a introduction to procedural texturing and texture mapping, and introduce GeoTextures, an original approach that uses geodesic distance defined from multiple sources at different locations over the surface of the model. The geodesic distance is passed as a parameter that allows the shape of the model to be considered in the definition of the procedural texture. We validate the proposal using procedural textures that are applied in real-time to complex surfaces, and show examples that change both the shading of the models, as well as their shape using hardware-based tessellation.

O mapeamento de texturas é uma técnica bastante importante para adicionar detalhamento a modelos geométricos. O mapeamento de texturas baseadas em imagens costuma ser a abordagem preferida, mas faz uso de imagens pré-computadas que são mais adequadas à representação de padrões estáticos. Por outro lado, texturas procedurais oferecem uma alternativa que depende de funções para descrever os padrões das texturas. Elas garantem mais flexibilidade na definição dos padrões em cenas dinâmicas, tendo ainda uma representação mais compacta e dando um maior controle da aparência da textura através do ajuste de parâmetros. Quando mapeadas por coordenadas 3D, as texturas procedurais não consideram a forma da superfície domodelo, e com coordenadas 2D torna-se necessária a definição dessas coordenadas de forma coerente, que, em modelos complexos ,não é uma tarefa simples. Neste trabalho nós introduzimos o leitor às texturas procedurais e ao mapeamento de texturas, então apresentamos GeoTextures, uma nova abordagem que faz uso de distâncias geodésicas definidas com base em múltiplos pontos de origem sobre a superfície do modelo. As distâncias geodésicas são passadas como parâmetros que permitem que a textura procedural se adeqüe ao relevo do modelo texturizado. Nós validamos a proposta ao usar alguns exemplos de texturas procedurais aplicadas em tempo real na texturização de superfícies complexas, mudando tanto a textura do modelo como a forma, através do uso de tesselagem em hardware. / Texture mapping is an important technique to add detail to geometric models. Imagebased texture mapping is the preferred approach but employs pre-computed images, which are better suited for static patterns. On the other hand, procedural-based texture mapping offers an alternative that rely on functions to describe texturing patterns. This allows more flexibility to define patterns in dynamic scenes, while also having a more compact representation and more control for parametric adjustments on the texture visual appearance. When mapped with 3D coordinates, the procedural textures do not consider the model surface, and with 2D mapping the coordinates must be defined in a coherent way, which for complex models is not an easy task. In this work we give a introduction to procedural texturing and texture mapping, and introduce GeoTextures, an original approach that uses geodesic distance defined from multiple sources at different locations over the surface of the model. The geodesic distance is passed as a parameter that allows the shape of the model to be considered in the definition of the procedural texture. We validate the proposal using procedural textures that are applied in real-time to complex surfaces, and show examples that change both the shading of the models, as well as their shape using hardware-based tessellation.

Au cours des deux dernières décennies, les applications temps réel ont montré des améliorations colossales dans la génération de rendus photoréalistes. Cela est principalement dû à la disponibilité de modèles 3D avec une quantité croissante de détails. L'approche traditionnelle pour représenter et visualiser des objets 3D hautement détaillés est de les décomposer en un maillage basse fréquence et une carte de déplacement encodant les détails. La tessellation matérielle est le support idéal pour implémenter un rendu efficace de cette représentation. Dans ce contexte, nous proposons une méthode générale pour la génération et le rendu de maillages multi-résolutions compatibles avec la tessellation matérielle. Tout d'abord, nous introduisons une métrique dépendant de la vue capturant à la fois les distorsions géométriques et paramétriques, permettant de sélectionner la le niveau de résolution approprié au moment du rendu. Deuxièmement, nous présentons une nouvelle représentation hiérarchique permettant d'une part des transitions temporelles et spatiales continues entre les niveaux et d'autre part une tessellation matérielle non uniforme. Enfin, nous élaborons un processus de simplification pour générer notre représentation hiérarchique tout en minimisant notre métrique d'erreur. Notre méthode conduit à d'énormes améliorations tant en termes du nombre de triangles affiché qu'en temps de rendu par rapport aux méthodes alternatives. / In the last two decades, real-time applications have exhibited colossal improvements in the generation of photo-realistic images. This is mainly due to the availability of 3D models with an increasing amount of details. Currently, the traditional approach to represent and visualize highly detailed 3D objects is to decompose them into a low-frequency mesh and a displacement map encoding the details. The hardware tessellation is the ideal support to implement an efficient rendering of this representation. In this context, we propose a general framework for the generation and the rendering of multi-resolution feature-aware meshes compatible with hardware tessellation. First, we introduce a view-dependent metric capturing both geometric and parametric distortions, allowing to select the appropriate resolution at rendertime. Second, we present a novel hierarchical representation enabling on the one hand smooth temporal and spatial transitions between levels and on the other hand a non-uniform hardware tessellation. Last, we devise a simplification process to generate our hierarchical representation while minimizing our error metric. Our framework leads to huge improvements both in terms of triangle count and rendering time in comparison to alternative methods.