Den här studien undersökte om det är lönsamt eller ej att implementera hård-varustöd, med hjälp av OpenGL, för rendering av geografisk data. I detta fall innebar det skapande av kartbilder med tillfälliga föremål positionerade och inritade. Föremålen var under konstant förändring och en bildruta kunde inte antas se likadan ut som nästa. För att besvara på frågan användes en testmiljö hos företaget Saab och den öppna programvaran Geotools. En aktionsforskning genomfördes där en ny ren-deringsmodul till Geotools implementerades. Den nya och den föregående ren-deringsmodulen, från Geotools, testades och deras renderingstider uppmättes. Därefter analyserades mätresultaten och jämfördes med statistiska metoder. Renderingstiden för en bild i den tidigare renderingsmodulen tog i snitt mellan 481 och 495 ms med sannolikhet på 99,9%. Renderingstiden utfördes i snitt med den nya renderingsmodulen på mellan 145 och 150 ms med samma sannolikhet. Inom ett konfidensintervall på 99,9% minskade snittrenderingstiden med mellan 333 och 347 ms för den nyutvecklade modulen med hårdvarustöd.

Background. Geometry-Independent Path Planning (GIPP) can be done by generating a navigation mesh and computing paths on that mesh in real-time for parallel and dynamic path planning. However, many of the existing algorithms are not suitable for the Graphics card, therefore a new path planning algorithm is created. Hardware Accelerated Line Of Sight (HALOS) performs parallel path planning on grid maps in real-time using the GPU.   Objectives. This thesis aims to implement an automatic navigation mesh generation algorithm using the GPU rendering pipeline and a GPU-bound path planning algorithm for a grid-based map. The proposed method should generate accurate paths and run in real-time. To gather results, the methods are measured in run-time on different types of hardware and scenarios. Methods. Multiple experiments are conducted. A navigation mesh is generated in real-time using the rendering pipeline of the GPU. In addition, a novel path planning algorithm generates paths in real-time using the GPU by utilizing line of sight on the navigation mesh. GIPP is a multi-source, single-destination algorithm. The path planning is done parallel and dynamically to navigate around moving obstacles. Results. The experiments show that GIPP can generate a dynamic navigation mesh in real-time. However, the coverage of GIPP is poor, and some resolutions of GIPP result in agents being unable to reach the goal node. The performance effect of dynamic worlds on path planning is not noticeable compared to static worlds. Conclusions. The proposed method can perform real-time navigation mesh generation and path planning. Different resolutions of GINT show inconsistencies in the length of the path generated. This method, GIPP, is well suited for complex, dynamic, single-floor meshes that more traditional navigation mesh generators are not guaranteed to handle in real-time. The main performance bottleneck for GIPP is the number of layers created during path planning. / Bakgrund. Geometrioberoende vägplanering (GIPP) kan utföras genom att generera ett navigationsnät och beräkna vägar på detta nät i realtid för parallell och dynamisk vägplanering. Många vägplaneringsalgoritmer kan inte köras i realtid på grafikkortet. Därför har Hardware Accelerated Line Of Sight (HALOS) skapats, vilket utför parallell vägplanering i realtid med hjälp av GPU:n. Mål. Denna avhandling syftar till att implementera en automatisk algoritm för generering av navigationsnät med hjälp av GPU:ns renderingspipeline och implementera en GPU-bunden vägplaneringsalgoritm för en rutbaserad karta. Den föreslagna metoden genererar vägar och körs i realtid. För att samla in resultat mäts metoderna i körtid på olika typer av hårdvara och scenarier. \newline\textbf{Metoder.} Flertalet experiment utförst på GIPP. Ett navigationsnät genereras i realtid med hjälp av GPU:ns renderingspipeline och en ny vägplaneringsalgoritm genererar vägar i realtid med hjälp av sikten längs navigationsnätet. Denna algoritm har flera källor med en destination (MSSD) för att hantera ett stort antal agenter. Vägplaneringen görs parallellt och dynamiskt för att navigera runt rörliga hinder. Resultat. Experimenten visar att GIPP kan generera ett navigationsnät i realtid. GIPP har dock dålig precision när det gäller att generera effektiva vägar mot målet.  Vissa upplösningar leder till att agenter inte når slutmålet. Dynamiska världar har omärkbar påverkan på prestandan i jämförelse med statiska världar när det gäller vägplanering. Slutsatser. Den föreslagna metoden kan utföra navigationsnätsgenerering och vägplanering i realtid. Olika upplösningar av navigationsnätet visar att vägplanering har olikeheter i avstånd. Denna metod, GIPP, lämpar sig väl för komplexa, dynamiska, enplansvärldar. GIPPs flaskhals i prestandan är mängden lager som skapas under vägplaneringen.

Neural Rendering has recently shown potential for real-time applications such as video games. However, current state of the art Neural Rendering approaches still suffer from a high memory footprint and often require multiple inferences of large neural networks to produce a properly filtered output. This cost associated to filtering the output of Neural Rendering models makes real-time multiscale rendering difficult. In this work, we propose a neural architecture based on multiscale embeddings that take advantage of current rasterization pipelines to produce a filtered output in a single evaluation, allowing for a continuous appearance through scale using a very small neural network. The model is trained directly on a filtered signal in order to learn a continuous representation of the material instead of relying on a post-processing step. The proposed architecture enables efficient sampling on GPU both in texel position and in level of detail, and closely reproduces material textures while drastically reducing their memory footprint. The results show that this approach is a viable candidate for integration in rendering pipelines, as it can be inferred efficiently in regular fragment shaders and on consumer-level hardware inducing less than 1 millisecond of overhead compared to traditional pipelines while producing an output of similar quality with a 33% reduction in memory footprint. The model also produces a smooth reconstruction through scale, free of artifacts and visual discontinuities that would typically be observed for an unfiltered output. / Neural rendering har på senare år visat potential i realtidsapplikationer som t ex inom dataspel. Dessvärre begränsas dagens state-of-the-art metoder inom neural rendering av hög minnesanvändning och kräver ofta att multipla inferenser görs av relativt stora neuronnät för att skapa adekvat filtrerade resultat. Det är därför svårt att direkt tillämpa neural rendering i spelutveckling. I detta arbete föreslås en neural arkitektur som baserar sig på multiscale embeddings som tar tillvara på egenskaperna hos dagens renderingspipelines för att producera adekvat filtrerade resultat med endast en inferens, vilket möjliggör kontinuerliga utseendeegenskaper genom skalning med ett mycket litet neuronnät. Modellen tränas direkt på en filtrerad signal för att lära en kontinuerlig representation av materialet istället för att behöva ett separat post-processingsteg. Den föreslagna arkitekturen möjliggör effektiv sampling på GPU både i texelposition och level of detail, och reproducerar materialtexturerna väl, samtidigt som den reducerar minnesanvändningen drastiskt. Resultaten visar att denna metod är en gångbar kandidat för integration i en renderingspipeline, eftersom den kan inferreras effektivt i en vanlig fragmentsshader på konsumenthårdvara med under en millisekunds tidstillägg jämfört med en traditionell pipeline utan avkall på kvalitet med 33% lägre minnesanvändning. Modellen producerar också en slät rekonstruktion genom skalning, fri från artefakter och visuella diskontinuiteter som annars ofta syns i ett ofiltrerat resultat.

Det här examensarbetet utforskar användningen av olika halvtoningstekniker, känt som dithering, i realtidsrendering för datorspelsutveckling. Halvtoning är en metod för att skapa illusionen av flera färger i bilder med begränsat färgdjup genom att använda mönster av punkter. Vad som tidigare var en lösning på ett optimeringsproblem i äldre datorer har i modern användning blivit ett stilistiskt val. Med hjälp av en litteraturundersökning fyller studien ett kunskapsgap kring halvtoning som estetiskt verktyg och diskuterar dess tillämplighet i realtidsgrafik för moderna datorspel. En kronologisk genomgång presenteras av kända algoritmer där varje algoritm blir betygsatt efter dess egenskaper. Analysen fokuserar på algoritmernas effektivitet, bildkvalitet, sammanhållning mellan frames, möjligheten att ändra parametrar, och implementation på modern hårdvara, särskilt GPUer. En diskussion förs kring etiska och samhälleliga aspekter och algoritmernas potential för framtida forskning.

Realistic rendering of 3D graphics scenes often requires large amounts of data and processing. High resolution texture data, complex BRDFs, surface modification, and global illumination effects are often necessary to realistically render a synthetic scene, but achieving such effects with a reasonable balance between performance and quality in real-time remains a challenge. Virtual texture techniques have been developed in order to manage extremely high resolution texture data. This thesis describes the implementation of a technique which allows writing of projected texture data to a virtual texture in real-time, allowing infinite numbers of permanent highly detailed surface modifications without the performance or accuracy limitations of decal techniques used in current games. It also describes an implementation of a real-time renderer which uses measured BRDF data, and discusses how applying virtual texturing to measured BRDF data may allow accurate, fast rendering with realistic materials. Finally, it discusses how the virtual decal system can be used to allow artists or game players to interactively alter the material composition of scenes with many distinct measured BRDFs.

[ES] Este documento revisa desde una amplia bibliografía técnica e histórica la evolución de la simulación tridimensional sobre superficies planas; luego, el uso de la imagen animada y del aprovechamiento de la electrónica y las computadoras para crear imagen digital 3D, tanto para investigación y entretenimiento. En el capítulo I se detallan los primeros intentos artesanos y artísticos usados para representar el movimiento y el volumen tridimensional, explorado inicialmente desde culturas antiguas. Luego, se explica por qué el observar y describir el comportamiento de la luz provocó en científicos europeos del siglo XV al XVIII el deseo de combinar óptica y mecánica para simular figuras animadas y luego el desplazamiento de objetos inertes. El capítulo III muestra el contexto técnico, donde se profundiza en tecnologías para render, articulación de geometrías digitales, modelado, color y texturizado, junto con los primeros hitos en computación, hardware y software, en algoritmos que permitieron desde la electrónica y el píxel reproducir líneas, imágenes texturas y luz digital. El último capítulo muestra paso a paso el flujo de trabajo, las técnicas y los recursos de producción usados en dos proyectos 3D, realizados por el autor de este documento: el primero es la completa producción (en modelado, texturizado, color e interacción) de un personaje con forma humana realista en 3D interactivo y su simulación realista de un ambiente selvático, basado en la cultura amazónica huaorani. El segundo proyecto expone la completa producción de un personaje robot del animé japonés en 3D, junto con su ambientación. Se concluye que el deseo de transformar la materia inerte, más la suma de disciplinas técnico-artísticas diversas, confluyó en tres grandes fundamentos de la animación y del 3D digital: el deseo de simular volumen y movimiento, la acción de alterar el plano, y la actividad divulgadora de la ciencia y sus resultados. / [CA] Aquest document revisa, des d'una àmplia bibliografia tècnica i històrica, l'evolució de la simulació tridimensional sobre superfícies planes; i després, l'ús de la imatge animada i l'aprofitament de l'electrònica i els ordinadors per crear imatge digital 3D, tant per a la recerca com per a l'entreteniment. Al capítol I es detallen els primers intents artesanals i artístics utilitzats per representar el moviment i el volum tridimensional, explorat inicialment des de cultures antigues. Després, s'explica per què l'observar i descriure el comportament de la llum va provocar en científics europeus del segle XV al XVIII el desig de combinar òptica i mecànica per simular figures animades i després el desplaçament d'objectes inerts. El capítol III mostra el context tècnic, on s'aprofundeix en tecnologies per renderitzar, articulació de geometries digitals, modelat, color i texturat, juntament amb els primers fites en computació, maquinari i programari, en algoritmes que van permetre des de l'electrònica i el píxel reproduir línies, imatges, textures i llum digital. El darrer capítol mostra pas a pas el flux de treball, les tècniques i els recursos de producció utilitzats en dos projectes 3D realitzats per l'autor d'aquest document: el primer és la completa producció (en modelat, texturat, color i interacció) d'un personatge amb forma humana realista en 3D interactiu i la seva simulació realista d'un ambient selvàtic, basat en la cultura amazònica huaorani. El segon projecte exposa la completa producció d'un personatge robot de l'animació japonesa en 3D, juntament amb la seva ambientació. Es conclou que el desig de transformar la matèria inerta, més la suma de disciplines tècnicoartístiques diverses, va confluïr en tres grans fonaments de l'animació i del 3D digital: el desig de simular volum i moviment, l'acció d'alterar el plànol, i l'activitat divulgadora de la ciència i els seus resultats / [EN] This document reviews, from a broad technical and historical bibliography, the evolution of three-dimensional simulation on flat surfaces; and subsequently, the use of animated imagery and the exploitation of electronics and computers to create three-dimensional digital imagery, both for research and entertainment purposes. Chapter I details the earliest artisanal and artistic attempts used to represent movement and three-dimensional volume, initially explored by ancient cultures. It then explains why the observation and description of light behavior led European scientists from the fifteenth to the eighteenth centuries to desire to combine optics and mechanics to simulate animated figures and later the movement of inert objects. Chapter II presents the technical context, delving into technologies for rendering, articulation of digital geometries, modeling, color, and texturing, along with the earliest milestones in computing, hardware, and software, in algorithms that allowed lines, images, textures, and digital light to be reproduced from electronics and pixels. The final chapter outlines step by step the workflow, techniques, and production resources used in two 3D projects carried out by the author of this document: the first is the complete production (in modeling, texturing, coloring, and interaction) of a realistically shaped human character in interactive 3D and its realistic simulation of a jungle environment, based on the Huaorani culture of the Amazon. The second project showcases the complete production of a robot character from Japanese anime in 3D, along with its setting. It is concluded that the desire to transform inert matter, combined with the amalgamation of various technical-artistic disciplines, converged into three main foundations of animation and digital 3D: the desire to simulate volume and movement, the action of altering the plane, and the science communication activity and its results. / Sancán Lapo, ME. (2024). Estudio y evolución estética de la animación tridimensional dentro del género de acción en la industria del cine y el videojuego [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/211186

In dieser Arbeit wird ein applikationsunabhängiges Reduktionssystem entworfen, das selbstständig und effizient für die ihm übergebenen Modellteile in allen Betrachtersituationen aus einem möglichen Spektrum von geometrie- und bild-basierten Approximationsformen jeweils die geeignete Approximation generiert, deren Komplexität möglichst gering ist und bei deren Verwendung ein Szenenbild erzeugt werden kann, dessen Bildfehler die vom Nutzer vorgegebenen Schranken nicht überschreitet. Das System nutzt bild- und geometrie-basierte Approximationsformen für unterschiedliche Bereiche im Sichtvolumen des Betrachters. Nailboards sind die benutzten bild-basierten Approximationen. In dieser Arbeit werden neue Nailboardarten vorgestellt, die für die Approximation von semi-transparenten Objekten und von dynamisch beleuchteten Objekten effizient verwendet werden können. Die vorgestellten Erzeugungs- und Darstellungsmethoden nutzen die Fähigkeiten der aktuellen Hardware intensiv aus, um die Nailboards im Echtzeitkontext nutzbar zu machen. Texturierte, sichtabhängige geometrie-basierte Approximationen werden aus einem texturierten Viewdependent Progressive Mesh (VDPM) gewonnen. In dieser Arbeit wird eine effiziente Methode zur Erzeugung von VDPM vorgestellt, aus der Approximationen mit optimal angepassten Parameterkoordinaten gewonnen werden können, ohne dass ein der VDPM-Erzeugung nachgeschalteter Optimierungsschritt der Parameterkoordinaten aller im VDPM kodierten Approximationen notwendig ist. Die Erzeugung der notwendigen Texturen erfolgt unter Nutzung einer schnellen Parametrisierungsmethode und hardware-gestützter Methoden zur Erzeugung dicht gepackter Texturatlanten. Durch die Kombination von selektiven Zugriffsmethoden auf TFGR mit effizienten Randanpassungsmethoden, wird erstmals ein effizientes und qualitativ hochwertiges Multiresolution Rendering mittels TFGR ermöglicht. Aus dem TFGR werden texturierte sichtunabhängige Approximationen gewonnen. Zur echtzeitfähigen, vollautomatischen Erzeugung aller drei Approximationsformen wird in dieser Arbeit ein Reduktionssystem vorgeschlagen, das diese Approximationsformen verteilt generiert. Für eine effiziente Kommunikation innerhalb dieses Systems werden entsprechende Kompressions-, Caching- und State-Differencing-Mechanismen vorgeschlagen. Lastverteilungsmechanismen sichern eine effiziente Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Ressourcen ab. / In this thesis, an application-independent system for the distributed generation of object approximations used for multi-resolution rendering is proposed. The system generates approximations of objects of a scene sent to him in an efficient and fully automatic manner. The system is able to generate different kinds of geometry-based and image-based object approximations. For each given objects of a scene it generates that kind of approximation that is suitable for the current view. That means that its complexity is minimal and that it causes an error in the image generated with this approximation that does not exceed a user-specified threshold. Nailboards are image-based approximations that approximate objects whose size is small compared to the whole scene. In this thesis new kinds of nailboards are presented which can be used efficiently for the approximation of semi-transparent objects and objects in scenes with a dynamic illumination. Capabilities of current graphics hardware are intensively used to generate and render all kinds of Nailboards in real-time. So-called textured view-dependent progressive meshes (VDPM) are used as view dependent geometry-bases approximations for objects whose size is large compared to the whole scene. In this thesis an efficient method for generating VDPM is presented. This method allows the extraction of approximations with optimally adapted texture coordinates without the necessity of an separate optimization step for the texture coordinates in the generation procedure. The textures necessary for the compensation of detail loss are generated using a fast parameterization method from Yoshizawa. The generation of texture atlases is done hardware-accelerated. Further on a hardware-accelerated method for hardware-accelerated multi-resolution rendering using multi chart geometry images (MCGIM) is presented. Out of the MCGIM view-independent geometry-based approximations are extracted. Finally a system for the distributed generation of object approximations is proposed. It generates all three kinds of approximations fully automatic and almost in real time. For an efficient communication within this system suitable compression, caching and state-differencing mechanisms are proposed. Load balancing mechanisms ensure efficient utilization of available resources.

This report covers theory and comparison of techniques for rendering massive scale 3D geospa- tial planet data in a web browser. It also presents implementation details of a few of these tech- niques in WebGL and Javascript, using the Three.js [1] 3D library. The thesis project is part of the implementation of Unitea, a web based education platform for interactive astronomy visualizations. Unitea is a derivative of Uniview, which is a fulldome interactive simulation of the universe. A major part of this thesis is dedicated to the implementa- tion of Hierarchical Level of Detail (HLOD) modules for Three.js based on the theory presented by T. Ulrich [2] and later generalized by Cozzi and Ring [3]. HLOD techniques are dynamic level of detail algorithms that represent the surface of objects as accurately as possible from a certain viewing angle. By using space partitioning tree-structures, view based error metrics and culling techniques detailed representations of the objects (in this case planets) can be efficiently rendered in real-time. The modules developed provide a general-purpose library for rendering planets (or other spher- ical objects) with dynamic level of detail in Three.js. The library also features connections to online web map services (WMS) and tile services.

This master's thesis deals with the problem of real-time rendering of computer graphics using the method of frameless rendering} as counterpart to the traditional way, which is based on switching between two output buffers. Frameless rendering method is defined and studied in greater depth and its adaptive variant, which delivers better output quality without a~significant reduction of latency, is described in detail. In addition, this thesis describes the implementation of the application which has been developed to demonstrate the principle and functionality of the frameless rendering on the selected scenes. It also includes evaluation of performed tests focused to the output quality.

In dieser Arbeit wird ein applikationsunabhängiges Reduktionssystem entworfen, das selbstständig und effizient für die ihm übergebenen Modellteile in allen Betrachtersituationen aus einem möglichen Spektrum von geometrie- und bild-basierten Approximationsformen jeweils die geeignete Approximation generiert, deren Komplexität möglichst gering ist und bei deren Verwendung ein Szenenbild erzeugt werden kann, dessen Bildfehler die vom Nutzer vorgegebenen Schranken nicht überschreitet. Das System nutzt bild- und geometrie-basierte Approximationsformen für unterschiedliche Bereiche im Sichtvolumen des Betrachters. Nailboards sind die benutzten bild-basierten Approximationen. In dieser Arbeit werden neue Nailboardarten vorgestellt, die für die Approximation von semi-transparenten Objekten und von dynamisch beleuchteten Objekten effizient verwendet werden können. Die vorgestellten Erzeugungs- und Darstellungsmethoden nutzen die Fähigkeiten der aktuellen Hardware intensiv aus, um die Nailboards im Echtzeitkontext nutzbar zu machen. Texturierte, sichtabhängige geometrie-basierte Approximationen werden aus einem texturierten Viewdependent Progressive Mesh (VDPM) gewonnen. In dieser Arbeit wird eine effiziente Methode zur Erzeugung von VDPM vorgestellt, aus der Approximationen mit optimal angepassten Parameterkoordinaten gewonnen werden können, ohne dass ein der VDPM-Erzeugung nachgeschalteter Optimierungsschritt der Parameterkoordinaten aller im VDPM kodierten Approximationen notwendig ist. Die Erzeugung der notwendigen Texturen erfolgt unter Nutzung einer schnellen Parametrisierungsmethode und hardware-gestützter Methoden zur Erzeugung dicht gepackter Texturatlanten. Durch die Kombination von selektiven Zugriffsmethoden auf TFGR mit effizienten Randanpassungsmethoden, wird erstmals ein effizientes und qualitativ hochwertiges Multiresolution Rendering mittels TFGR ermöglicht. Aus dem TFGR werden texturierte sichtunabhängige Approximationen gewonnen. Zur echtzeitfähigen, vollautomatischen Erzeugung aller drei Approximationsformen wird in dieser Arbeit ein Reduktionssystem vorgeschlagen, das diese Approximationsformen verteilt generiert. Für eine effiziente Kommunikation innerhalb dieses Systems werden entsprechende Kompressions-, Caching- und State-Differencing-Mechanismen vorgeschlagen. Lastverteilungsmechanismen sichern eine effiziente Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Ressourcen ab. / In this thesis, an application-independent system for the distributed generation of object approximations used for multi-resolution rendering is proposed. The system generates approximations of objects of a scene sent to him in an efficient and fully automatic manner. The system is able to generate different kinds of geometry-based and image-based object approximations. For each given objects of a scene it generates that kind of approximation that is suitable for the current view. That means that its complexity is minimal and that it causes an error in the image generated with this approximation that does not exceed a user-specified threshold. Nailboards are image-based approximations that approximate objects whose size is small compared to the whole scene. In this thesis new kinds of nailboards are presented which can be used efficiently for the approximation of semi-transparent objects and objects in scenes with a dynamic illumination. Capabilities of current graphics hardware are intensively used to generate and render all kinds of Nailboards in real-time. So-called textured view-dependent progressive meshes (VDPM) are used as view dependent geometry-bases approximations for objects whose size is large compared to the whole scene. In this thesis an efficient method for generating VDPM is presented. This method allows the extraction of approximations with optimally adapted texture coordinates without the necessity of an separate optimization step for the texture coordinates in the generation procedure. The textures necessary for the compensation of detail loss are generated using a fast parameterization method from Yoshizawa. The generation of texture atlases is done hardware-accelerated. Further on a hardware-accelerated method for hardware-accelerated multi-resolution rendering using multi chart geometry images (MCGIM) is presented. Out of the MCGIM view-independent geometry-based approximations are extracted. Finally a system for the distributed generation of object approximations is proposed. It generates all three kinds of approximations fully automatic and almost in real time. For an efficient communication within this system suitable compression, caching and state-differencing mechanisms are proposed. Load balancing mechanisms ensure efficient utilization of available resources.