Many contemporary types of 3D design software use some form of environment mapping, where the environment surrounding the 3D object is rendered to create a panoramic view similar to what we would see in the real world. This not only serves to make the scene look more realistic, but also helps to calculate light effects within the scene. Although environment mapping has been around for a while, and today's methods are highly optimized, they are still not trivially cheap to do, especially on lower end hardware. Our thesis investigates how an environment mapping method currently in use by our client can be further optimized. This optimization intends to serve two main purposes - to improve performance for clients with lower quality hardware and to allow users to increase texture resolution without extra cost on performance. Two alternative methods are presented, both based somewhat loosely on the idea of occlusion culling. The two approaches are then tested and compared to the original solution in terms of speed, memory utilization and network performance. Although both approaches show promise and outperform the original solution in some of the tests, they still lack the versatility of the original solution and suffer from some major flaws, making them less appealing alternatives for the general customer. The first approach managed to perform well in all three areas of measurement, but suffers a drawback which limits its use in a real-world scenario. The second approach did not have the same drawback which may make it a more viable option. However, the results of the second approach were not as positive as the first one. With that said, it showed some promise for users who do their rendering on a separate server. While this solution may not yet be viable for the general user, it may serve well for users with more unique needs. To make this approach a viable solution for the general user improvements in regards to rendering speed and GPU utilization will have to be investigated further.

Att detektera och eliminera dolda ytor är viktigt när grafiska applikationer blir mer komplexa och detaljerade. En teknik som används till det är occlusion culling och olika typer av algoritmer har tagits fram för att möjliggöra den tekniken. Occlusion culling innebär att hitta objekt som har stor potential att dölja delar av en scen. Dessa objekt kallas för occluders. I den här rapporten så undersöks möjligheten att använda olika stor mängd av occluders i en algoritm och hur det påverkar olika typer av spelscener. Tre olika spelscener har satts upp i Unity som skiljer sig i hur de är uppbyggda. Effekten av occlusion culling i scenerna visar på att det kan vara en teknik bättre lämpad för vissa typer av spel. Rapporten visar också på en möjlighet att forska vidare på valet av en lämplig mängd med occluders.

[pt] Neste trabalho aplicamos o método de oclusão implícita para acelerar o tempo de cálculo e renderização de isosuperfícies em dados volumétricos regulares. Dado um campo escalar contínuo f sobre um domínio D (onde Dé convexo) e um isovalor w, a oclusão implícita explora a continuidadede f para determinar os limites de visibilidades sem a necessidade de calcular a isosuperfície explicitamente. Aplicamos esta técnica para obter também as silhuetas visíveis das isosuperfícies. / [en] In this work we apply the Implicit Occluders method for optimizing the computation and rendering of isosurfaces in regular volumetric data. Given a continuous scalar field f over a domain D and an isovalue w, Implicit Occluders exploits the continuity of f to determine visibility bounds without the need for computing the isosurface explicitly. We apply this technique to obtain also the visible silhouettes of isosurfaces.

This research focuses on the utilization of occlusion culling for the real-time visualization of distributed virtual urban environments. Today&#039 / s graphics hardware renders all the primitives in any order and uses z-buffer to determine which primitives are visible on a per-pixel basis. However, visibility is computed in the last stage of rendering pipeline and every rendered primitive is not visible in the final image. Early culling of the invisible primitives in a complex scene is valuable for efficiency in the conventional rendering pipeline. This may reduce the number of primitives that will be processed in the rest of the pipeline. In this thesis, we propose an efficient visibility estimation method for distributed virtual urban environments. The proposed method is based on occlusion culling to identify and cull the occluded parts of the scene. This not only computes conservative potential visible set (PVS) for each client but also assures the computed PVS to be available at the client on-time and reduces the network traffic by grouping the clients which may see each others dynamically.

Uždengtos geometrijos atrinkimas – tai būdas nustatyti geometriją, kuri yra uždengta su kita geometrija ir dėl to gali būti nevaizduojama, nes neturės jokios įtakos vaizduojamam paveikslui. Tokios geometrijos nevaizdavimas didina vaizdavimo procedūros našumą. Egzistuoja eilė uždengtos geometrijos nustatymo būdų, iš kurių vienas yra hierarchinis uždengtos geometrijos atrinkimo algoritmas. Šiame darbe yra analizuojami uždengtos geometrijos nustatymo būdai bei nagrinėjamos pasirinkto algoritmo veikimo spartinimo galimybės panaudojus DirectCompute technologiją. Ši technologija yra Microsoft DirectX 11 bibliotekų rinkinio dalis, kuri leidžia panaudoti grafinį procesorių bendro pobūdžio skaičiavimams. Darbe iškeltų tikslų pasiekimui yra realizuotos kelios bazinės algoritmo versijos modifikacijos, atliekami modifikuotų versijų veikimo laiko bei įvairių veikimo laiką įtakojančių faktorių tyrimai. Yra aptariami gauti rezultatai bei pateikiamos išvados. / Occlusion culling is a method, which task is to determine geometry occluded with other geometry. Rendering this geometry is useless because it wouldn’t impact rendered picture in any way, so discarding it will improve render time. There are various methods to determine occluded geometry and hierarchical occlusion culling is one of them. This document contains a short summary of these methods, but it’s mainly focused on improving hierarchical occlusion culling algorithm performance by making use of DirectCompute technology. This technology is a part of Microsoft DirectX 11 API, which helps the developer to use graphics processor for general-purpose computation. Main goal is reached by performing in-depth analysis of implemented hierarchical occlusion culling algorithm modifications. This analysis consists of both general performance and various performance-related analyses. Further down the road conclusions and recommendations are given based on performed work and overall results.

Context. Many occlusion culling algorithms have to cope with the task of balancing performance and accuracy. While it is desirable to accurately identify all occluded scene objects, settling with a rough estimate is often more beneficial for the overall performance. Algorithms that rely on a depth buffer can often gain a lot of performance by performing the occlusion culling at a lower resolution than the resolution of the screen. This calls for more advanced methods to render the depth buffer as the standard rasterizer will not guarantee inner coverage. Objectives. The goal of this thesis is to find a solution to generate a depth buffer where all rasterized pixels are fully covered by overlapping occluders. An algorithm is proposed that is based on previous work on inner conservative rasterization. The algorithm addresses some of the problems existing methods are suffering from, but also has some flaws of its own. Methods. The proposed algorithm is tested by comparing it to two methods that also produce conservative results. A GPU-based occlusion culling system is developed to conduct an experiment. The experiment is performed by measuring performance and culling efficiency in two different views of a scene. The scene is set up to represent an average setting in a game. Results. The results from the experiment show that the proposed algorithm outperforms its competitors in many cases. In the first scene view, the total frame time is 5% faster at a full screen resolution of 1366x768 pixels and 8% faster at a full screen resolution of 1920x1080 pixels. The depth buffer generated by the proposed algorithm is culling atleast as many occludees as its competitors and often surpasses them. In the second scene view, the total frame time is 2% faster at a full screen resolution of 1366x768 pixels and 3% faster at a full screen resolution of 1920x1080 pixels. The depth buffer generated by the proposed algorithm is often culling more occludees than its competitors, but is at lower resolutions less efficient, up to 3%. Conclusions. The conclusions show that the goal has been reached. The proposed algorithm lacks flexibility, but provides good performance and accuracy. Future work to improve the proposed algorithm is outlined.

In this report, an object-space solution to occluder fusion of OBB occluders is explored. Two different approaches are considered were the object-space fusion is reduced to a 2D problem. The first approach finds axis-aligned silhouettes within the projection of occluder OBBs which are then fused together creating large axis-aligned silhouettes. The other approach creates concave hulls of the projected OBB silhouettes from which convex inscribed silhouettes are then found. These silhouettes are then converted back to object-space where shadow frusta created around the silhouettes are used for the culling operation. The effectiveness of the two approaches is evaluated considering the amount of culled geometry. It is shown that fused convex silhouettes are needed to produce competitive results.

La synthèse d'images, qui consiste à développer des algorithmes pour générer des images à l'aide d'un ordinateur, est devenue incontournable dans de nombreuses disciplines. Les méthodes d'affichage interactives permettent à l'utilisateur d'explorer des environnements virtuels en réalisant l'affichage des images à une cadence suffisamment élevée pour donner une impression de continuité et d'immersion. Malgré les progrès réalisés par le matériel, de nouveaux besoins supplantent toujours les capacités de traitement, et des techniques d'accélération sont nécessaires pour parvenir à maintenir une cadence d'affichage suffisante. Ce travail s'inscrit précisemment dans ce cadre. Il est consacré à la problématique de l'élimination efficace des objets masqués, en vue d'accélérer l'affichage de scènes complexes. Nous nous sommes plus particulièrement intéressé aux méthodes de précalcul, qui effectuent les calculs coûteux de visibilité durant une phase de prétraitement et les réutilisent lors de la phase de navigation interactive. Les méthodes permettant un précalcul complet et exact sont encore hors de portée à l'heure actuelle, c'est pourquoi des techniques approchées leur sont préférée en pratique. Nous proposons trois méthodes de ce type. La première, présentée dans le chapitre 4, est un algorithme permettant de déterminer de manière exacte si deux polygones convexes sont mutuellement visibles, lorsque des écrans sont placés entre eux. Nos contributions principales ont été de simplifier cette requête, tant du point de vue théorique que du point de vue de l'implémentation, ainsi que d'accélérer son temps moyen d'exécution à l'aide d'un ensemble de techniques d'optimisation. Il en résulte un algorithme considérablement plus simple à mettre en oeuvre que les algorithmes exacts existant dans la littérature. Nous montrons qu'il est également beaucoup plus efficace que ces derniers en termes de temps de calcul. La seconde méthode, présentée dans le chapitre 5, est une approche originale pour encoder l'information de visibilité, qui consiste à stocker l'ombre que générerait chaque objet de la scène s'il était remplacé par une source lumineuse. Nous présentons une analyse des avantages et des inconvénients de cette nouvelle représentation. Finalement, nous proposons dans le chapitre 6 une méthode de calcul de visibilité adaptée aux scènes d'intérieur. Dans ce type d'environnements, les graphes cellules-portails sont très répandus pour l'élimination des objets masqués, en raison de leur faible coût mémoire et de leur grande efficacité. Nous reformulons le problème de la génération de ces graphes en termes de segmentation d'images, et adaptons un algorithme classique, appelé «watershed», pour les obtenir de manière automatique. Nous montrons que la décomposition calculée de la sorte est proche de la décomposition classique, et qu'elle peut être utilisée pour l'élimination des objets masqués.

Demonstration videos can be found on fr.linkedin.com/in/doriangomez/ / Cette thèse porte sur la modélisation procédurale de mondes virtuels étendus dans le domaine de l’informatique graphique. Nous proposons d’exploiter les propriétés de visibilité entre régions élémentaires de la scène, que nous appelons tuiles, pour contrôler sa construction par pavage rectangulaire. Deux objectifs distincts sont visés par nos travaux : (1) fournir aux infographistes un moyen efficace pour générer du contenu 3D pour ces scènes virtuelles de très grande taille, et (2) garantir, dès la création du monde, des performances de rendu et de visualisation efficace. Pour cela, nous proposons plusieurs méthodes de détermination de la visibilité en 2D et en 3D. Ces méthodes permettent l’évaluation d’ensembles potentiellement visibles (PVS) en temps interactif ou en temps réel. Elles sont basées sur les calculs de lignes séparatrices et de lignes de support des objets, mais aussi sur l’organisation hiérarchique des objets associés aux tuiles. La première technique (2D) garantit l’occultation complète du champ visuel à partir d’une distance fixe, spécifiée par le concepteur de la scène, depuis n’importe quel endroit sur le pavage. La seconde permet d’estimer et de localiser les tuiles où se propage la visibilité, et de construire le monde en conséquence. Afin de pouvoir générer des mondes variés, nous présentons ensuite l’extension de cette dernière méthode à la 3D. Enfin, nous proposons deux méthodes d’optimisation du placement des objets sur les tuiles permettant d’améliorer leurs propriétés d’occultation et leurs impacts sur les performances de rendu tout en conservant l’atmosphère créée par l’infographiste par ses choix de placement initiaux. / This thesis deals with procedural modeling applied to extended worlds for computer graphics.We study visibility applied to tiling patterns, aiming at two distinct objectives : (1) providing artists with efficient tools to generate 3D content for very extended virtual scenes, and (2) guaranteeing that this content improves performance of subsequent renderings, during its construction. We propose several methods for 2D and 3D visibility determination, in order to achieve interactive or real-time evaluation of potentially visible sets (PVS). They are based on the concepts of separating and supporting lines/planes, as well as objects hierarchies over tiles. Our first 2D method guarantees full occlusion of the visual field (view frustum) beyond a fixed distance, regardless of the observer’s location on a tiling. The second method enables fast estimation and localization of visible tiles, and builds up a virtual world accordingly. We also extend this method to 3D. Finally, we present two methods to optimize objects locations on tiles, and show how to improve rendering performance for scenes generated on the fly.

La synthèse d'images, qui consiste à développer des algorithmes pour générer des images à l'aide d'un ordinateur, est devenue incontournable dans de nombreuses disciplines. <p><p>Les méthodes d'affichage interactives permettent à l'utilisateur d'explorer des environnements virtuels en réalisant l'affichage des images à une cadence suffisamment élevée pour donner une impression de continuité et d'immersion. Malgré les progrès réalisés par le matériel, de nouveaux besoins supplantent toujours les capacités de traitement, et des techniques d'accélération sont nécessaires pour parvenir à maintenir une cadence d'affichage suffisante. Ce travail s'inscrit précisemment dans ce cadre. Il est consacré à la problématique de l'élimination efficace des objets masqués, en vue d'accélérer l'affichage de scènes complexes. Nous nous sommes plus particulièrement intéressé aux méthodes de précalcul, qui effectuent les calculs coûteux de visibilité durant une phase de prétraitement et les réutilisent lors de la phase de navigation interactive. Les méthodes permettant un précalcul complet et exact sont encore hors de portée à l'heure actuelle, c'est pourquoi des techniques approchées leur sont préférée en pratique. Nous proposons trois méthodes de ce type.<p><p>La première, présentée dans le chapitre 4, est un algorithme permettant de déterminer de manière exacte si deux polygones convexes sont mutuellement visibles, lorsque des écrans sont placés entre eux. Nos contributions principales ont été de simplifier cette requête, tant du point de vue théorique que du point de vue de l'implémentation, ainsi que d'accélérer son temps moyen d'exécution à l'aide d'un ensemble de techniques d'optimisation. Il en résulte un algorithme considérablement plus simple à mettre en oeuvre que les algorithmes exacts existant dans la littérature. Nous montrons qu'il est également beaucoup plus efficace que ces derniers en termes de temps de calcul.<p><p><p>La seconde méthode, présentée dans le chapitre 5, est une approche originale pour encoder l'information de visibilité, qui consiste à stocker l'ombre que générerait chaque objet de la scène s'il était remplacé par une source lumineuse. Nous présentons une analyse des avantages et des inconvénients de cette nouvelle représentation. <p><p>Finalement, nous proposons dans le chapitre 6 une méthode de calcul de visibilité adaptée aux scènes d'intérieur. Dans ce type d'environnements, les graphes cellules-portails sont très répandus pour l'élimination des objets masqués, en raison de leur faible coût mémoire et de leur grande efficacité. Nous reformulons le problème de la génération de ces graphes en termes de segmentation d'images, et adaptons un algorithme classique, appelé «watershed», pour les obtenir de manière automatique. Nous montrons que la décomposition calculée de la sorte est proche de la décomposition classique, et qu'elle peut être utilisée pour l'élimination des objets masqués.<p> / Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished