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[en] GPU-ACCELERATED ADAPTIVELY SAMPLED DISTANCE FIELDS / [pt] CAMPOS DE DISTÂNCIA AMOSTRADOS ADAPTATIVAMENTE COM ACELERAÇÃO POR PLACA GRÁFICATHIAGO DE ALMEIDA BASTOS 04 September 2008 (has links)
[pt] A representação de formas é um problema fundamental em
Computação Gráfica. Dentre as representações conhecidas
para
objetos tridimensionais, os campos de distância amostrados
adaptativamente (ADFs) destacam-se por sua versatilidade.
ADFs combinam os conceitos de geometria com
dados volumétricos, permitem representar objetos com
precisão arbitrária, e consolidam diversas operações como
visualização, modelagem de níveis de detalhe, detecção de
colisão, testes de proximidade, metamorfose e operações
booleanas em uma única representação. Este trabalho propõe
métodos para acelerar a reconstrução de ADFs estáticas,
melhorar a qualidade dos campos reconstruídos, e
visualizar
iso-superfícies das ADFs, valendo-se do enorme poder
computacional encontrado nas placas gráficas modernas
(GPUs). Para que as ADFs sejam representadas de forma
eficiente em placas gráficas, propõe-se o uso de uma
estrutura hierárquica baseada em dispersão espacial
perfeita. A renderização de ADFs é feita integralmente
pela GPU, utilizando uma técnica de lançamento de raios
baseada em traçado por esferas. Uma maneira de tratar as
descontinuidades C0 e C1 inerentes às ADFs é sugerida para
que o sombreamento das superfícies seja suave.
Finalmente, o
trabalho propõe um novo método de reconstrução para
ADFs, capaz de representar melhor superfícies curvas. Os
resultados são apresentados através de aplicações simples
de
visualização interativa, com ADFs geradas a partir de
malhas
de triângulos e sólidos primitivos. / [en] Shape representation is a fundamental problem in Computer
Graphics. Among known representations for three-dimensional
objects, adaptively sampled distance fields (ADFs) are noted
for their versatility. ADFs combine the concepts of geometry
with volume data, allow objects to be represented
with arbitrary precision, and consolidate several operations
- such as visualization, level-of-detail modeling,
collision detection, proximity tests, morphing and boolean
operations | into a single representation. This work
proposes methods to accelerate the reconstruction of static
ADFs, to improve the quality of reconstructed fields, and to
visualize ADF isosurfaces, making use of the massive
computational power found in modern graphics hardware
(GPUs). In order to effciently represent ADFs on graphics
cards, a hierarchical structure based on perfect spatial
hashing is proposed. Rendering of ADFs is done completely on
GPUs, using a ray
casting technique based on sphere tracing. Means to overcome
the C0 and C1 discontinuities inherent to ADFs are suggested
in order to attain smoothly shaded iso-surfaces. Finally, a
new reconstruction method for ADFs, which can better
represent curved surfaces, is proposed. Results are
presented through simple interactive visualization
applications, with ADFs generated from both triangle meshes
and primitive solids.
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[en] AN OPTIMIZED PHOTOREALISTIC RENDERING METHOD WITH STATISTIC DISTRIBUTION AND AUTOMATIC RENDERING TECHNIQUE SELECTION / [pt] UM MÉTODO OTIMIZADO DE RENDERIZAÇÃO FOTOREALISTA COM DISTRIBUIÇÃO ESTATÍSTICA E SELEÇÃO AUTOMÁTICA DE TÉCNICASRODRIGO MARQUES ALMEIDA DA SILVA 22 February 2016 (has links)
[pt] O processo de renderização fotoreal para cinema e TV demanda, cada vez mais, poder de processamento, necessitando não só de algoritmos paralelos, bem como sistema de distribuição de tarefas. No entanto, mesmo em sistemas de produção, o tempo necessário para avaliar uma animação pode chegar a vários dias, dificultando a melhoria da qualidade artística e limitando alterações. Neste trabalho foca-se na otimização de três processos inerentes à renderização, a renderização local, na qual o sistema trabalha para renderizar um conjunto de pixels de forma otimizada, aproveitando os recursos de hardware disponíveis e aproveitando dados de renderizações previamente realizadas, pelo nó ou teste. O processo de gerenciamento, extremamente crítico para o resultado, é alterado para não só distribuir, mas analisar toda a infraestrutura de renderização, otimizando o processo de distribuição e permitindo o estabelecimento de metas como prazo e custo. Além disso, o modelo de gerenciamento é expandido para a nuvem, utilizando-a como transbordo de processamento. Ainda, um novo processo foi criado para avaliar a renderização de forma colaborativa, onde cada nó comunica resultados parciais e assim otimiza a renderização de outros. Por fim, diversas técnicas inovadoras foram criadas para melhorar o processo como um todo, removendo desperdícios e reaproveitando trabalho. / [en] The photorealistic rendering process for cinema and TV increasingly demands processing power, requiring fast parallel algorithms and effective task distribution systems. However, the processes currently used by the academia and by the industry still consume several days to evaluate an animation in super-resolution (typically 8K), what makes difficult the improvement of artistic quality and limits the number of experiments with scene parameters. In this work, we focus on the optimization of three processes involved in photorealistic rendering, reducing the total time of rendering substantially. Firstly, we optimize the local rendering, in which the system works to render a set of pixels optimally, taking advantage of the available hardware resources and using previous rendering data. Secondly, we optimize the management process, which is changed not only to distribute frames but also to analyze all the rendering infrastructure, optimizing the distribution process and allowing the establishment of goals as time and cost. Furthermore, the management model is expanded to the cloud, using the cloud as a processing overflow. Thirdly, we propose a new optimized process to evaluate the rendering task collaboratively, where each node communicates partial results to other nodes, allowing the optimization of the rendering process in all nodes. Altogether, this thesis is an innovative proposal to improve the whole process of high-performance rendering, removing waste of resources and reducing rework.
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[en] DISTRIBUTED VISUALIZATION USING CLUSTERS OF PCS / [pt] VISUALIZAÇÃO DISTRIBUÍDA UTILIZANDO AGRUPAMENTOS DE PCSFREDERICO RODRIGUES ABRAHAM 20 June 2005 (has links)
[pt] Este trabalho apresenta um novo sistema de renderização
distribuída destinado
ao uso em agrupamentos de PCs. É feita uma extensão à linha
de produção gráfica convencional para uma linha de produção
gráfica distribuída, que pelo uso de múltiplas linhas de
execução permite paralelizar
as operações feitas na CPU, na GPU e na rede que interliga
os PCs do
agrupamento. Este sistema serviu de base para a
implementação e o teste
de três arquiteturas para renderização distribuída: uma
arquitetura com ordenação no início, uma arquitetura com
ordenação no fim para renderização
volumétrica e uma arquitetura híbrida que tenta combinar as
vantagens da
ordenação no início e da ordenação no fim. É apresentado um
novo algoritmo
de balanceamento de carga baseado nos tempos de
renderização do
quadro anterior. O algoritmo é de implementação muito
simples e funciona
bem tanto em aplicações com gargalo na geometria quanto em
aplicações
com gargalo na rasterização. Este trabalho também propõe
uma estratégia
de distribuição de trabalho entre os computadores de
renderização do agrupamento
que usa eficientemente os recursos gráficos disponíveis,
melhorando
assim o desempenho da renderização. Um novo algoritmo de
partição paralela
do modelo entre os computadores do agrupamento é proposto
para a
arquitetura híbrida. / [en] This work presents a new distributed rendering system
destined for PC
clusters. The conventional graphics pipeline is extended to
a distributed
pipeline that parallelizes the operations done on the CPU,
the GPU and
the network by using multiple threads. This system was the
base for the
implementation of three distributed rendering
architectures: a sort-first
architecture, a sort-last architecture for volume
rendering, and a hybrid
architecture that seeks to combine the advantages of both
sort-first and sortlast
architectures. A new load-balancing algorithm based on the
rendering
times of the previous frame is proposed. The algorithm is
very simple to
be implemented and works well for both geometry- and
rasterization-bound
models. A new strategy to assign tiles to rendering nodes
is proposed which
effectively uses the available graphics resources, thus
improving rendering
performance. A new parallel model partition algorithm is
proposed for the
hybrid architecture.
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[en] VOLUME RENDERING OF UNSTRUCTURED HEXAHEDRAL MESHES / [pt] RENDERIZAÇÃO VOLUMÉTRICA DE MALHA NÃO ESTRUTURADA DE HEXAEDROSFABIO MARKUS NUNES MIRANDA 31 January 2017 (has links)
[pt] Importantes aplicações de engenharia usam malhas não estruturadas de hexaedros para simulações numéricas. Células hexaédricas, comparadas com tetraedros, tendem a ser mais numericamente estáveis e requerem um menor refinamento da malha. Entretando, visualização volumétrica de malhas não estruturadas é um desafio devido a variação trilinear do campo escalar dentro da célula. A solução convencional consiste em subdividir cada hexaedro em cinco ou seis tetraedros, aproximando uma variação trilinear por uma inadequada série de funções lineares. Isso resulta em imagens inadequadas e aumenta o consumo de memória. Nesta tese, apresentamos um algoritmo preciso de visualização volumétrica utilizando ray-casting para malhas não estruturadas de hexaedros. Para capturar a variação trilinear ao longo do raio, nós propomos usar uma integração de quadratura. Nós também propomos uma alternativa rápida que melhor aproxima a variação trilinear, considerando os pontos de mínimo e máximo da função escalar ao longo do raio. Uma série de experimentos computacionais demonstram que nossa proposta produz resultados exatos, com um menor gasto de memória. Todo algoritmo é implementado em placas gráficas, garantindo uma performance competitiva. / [en] Important engineering applications use unstructured hexahedral meshes for numerical simulations. Hexahedral cells, when compared to tetrahedral ones, tend to be more numerically stable and to require less mesh refinement. However, volume visualization of unstructured hexahedral meshes is challenging due to the trilinear variation of scalar fields inside the cells. The conventional solution consists in subdividing each hexahedral cell into five or six tetrahedra, approximating a trilinear variation by an inadequate piecewise linear function. This results in inaccurate images and increases the memory consumption. In this thesis, we present an accurate ray-casting volume rendering algorithm for unstructured hexahedral meshes. In order to capture the trilinear variation along the ray, we propose the use of quadrature integration. We also propose a fast approach that better approximates the trilinear variation to a series of linear ones, considering the points of minimum and maximum of the scalar function along the ray. A set of computational experiments demonstrates that our proposal produces accurate results, with reduced memory footprint. The entire algorithm is implemented on graphics cards, ensuring competitive performance.
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[en] EVALUATION OF A 3D RECONSTRUCTION ALGHORITHM WITH RGB-D SENSORS / [pt] AVALIAÇÃO DE UM ALGORITMO DE RECONSTRUÇÃO 3D COM SENSORES RGB-DIAN MEDEIROS COELHO 16 January 2017 (has links)
[pt] Sensores de profundidade do tipo RGB-D são alternativas interessantes para realizar a reconstrução 3D do ambiente a um baixo custo. Neste trabalho, avaliamos uma pipe-line de reconstrução implementada em GPU que une um sistema de tracking baseado no alinhamento de nuvem de pontos para estimar a posição da câmera e um sistema de reconstrução/visualização volumétrica para suavizar as medidas naturalmente ruidosas do sensor, utilizando o Kinect como entrada RGB-D. Foi feita uma análise técnica do algoritmo, demonstrando o impacto de modificações de parâmetros do sistema, além de um comparativo de tempo e precisão entre a implementação aqui apresentada e uma versão pública disponibilizada pela Point Cloud Library(PCL) durante o desenvolvimento deste trabalho. Algumas modificações em relação ao trabalho original foram feitas e os testes de desempenho demonstram que nossa implementação é mais rápida do que a da PCL sem comprometer significantemente a precisão da reconstrução. / [en] Depth sensors of the type RGB-D are interesting alternatives to do a 3D reconstruction of the environment with low cost. In this work, we evaluate a reconstruction pipe-line implemented on GPU that merges a point cloud alignment tracking system to estimate the camera position and a volumetric reconstruction/visualization to smooth the naturally noise measures from the sensor, using the Kinect as RGB-D input. A technical analysis of the algorithm has been made, showing the impact of parameter modifications of the system and a comparative of time and precision between the presented implementation and a public version available by the Point Cloud Library (PCL) during the development of this work. Some modifications to the original work have been made and the performance tests demonstrate that our implementation is faster than the PCL version without compromising the reconstruction precision.
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[en] EFFICIENT METHODS FOR INFORMATION EXTRACTION IN NEWS WEBPAGES / [pt] MÉTODOS EFICIENTES PARA EXTRAÇÃO DE INFORMAÇÃO EM PÁGINAS DE NOTÍCIASEDUARDO TEIXEIRA CARDOSO 03 February 2017 (has links)
[pt] Nós abordamos a tarefa de segmentação de páginas de notícias; mais especificamente identificação do título, data de publicação e corpo da notícia. Embora existam resultados muito bons na literatura, a maioria deles depende da renderização da página, que é uma tarefa muito demorada. Nós focamos em cenários com um alto volume de documentos, onde desempenho de tempo é uma necessidade. A abordagem escolhida estende nosso trabalho prévio na área, combinando propriedades estruturais com traços de atributos visuais, calculados através de um método mais rápido do que a renderização tradicional, e algoritmos de aprendizado de máquina. Em nossos experimentos, nos atentamos para alguns fatos não comumente abordados na literatura, como tempo de processamento e a generalização dos nossos resultados para domínios desconhecidos. Nossa abordagem se mostrou aproximadamente uma ordem de magnitude mais rápida do que alternativas equivalentes que se apoiam na renderização completa da página e manteve uma boa qualidade de extração. / [en] We tackle the task of news webpage segmentation, specifically identifying the news title, publication date and story body. While there are very good results in the literature, most of them rely on webpage rendering, which is a very time-consuming step. We focus on scenarios with a high volume of documents, where a short execution time is a must. The chosen approach extends our previous work in the area, combining structural properties with hints of visual presentation styles, computed with a faster method than regular rendering, and machine learning algorithms. In our experiments, we took special attention to some aspects that are often overlooked in the literature, such as processing time and the generalization of the extraction results for unseen domains. Our approach has shown to be about an order of magnitude faster than an equivalent full rendering alternative while retaining a good quality of extraction.
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[pt] VISUALIZAÇÃO TRIDIMENSIONAL COMBINADA DE DADOS VOLUMÉTRICOS E MODELOS POLIGONAIS USANDO O ALGORITMO SHEAR-WARPANA ELISA FERREIRA SCHMIDT 01 June 2005 (has links)
[pt] Esta de tese de doutorado apresenta soluções para a
integração entre os algoritmos
de Shear-Warp e de Z-Buffer, visando a criação de cenas
compostas de dados
volumétricos e modelos poligonais opacos e/ou
transparentes.
A renderização volumétrica baseada na fatoração Shear-
Warp
é eficiente para a
realização das etapas de projeção e composição dos
voxels.
Ela trabalha de forma
coerente com a ordenação das fatias do volume e pode ser
naturalmente integrada ao
algoritmo de Z-Buffer para a combinação de modelos
poligonais.
São propostos vários algoritmos para a combinação de
dados
volumétricos e
modelos poligonais visando reduzir o efeito de aliasing
introduzido durante o processo
de reamostragem do modelo poligo nal. São apresentados
testes e resultados que dão
suporte às conclusões apresentadas sob o ponto de vista
de
qualidade de imagem e
tempo de processamento.
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[en] VISUALIZATION OF COMPLEX NATURAL BLACK OIL RESERVOIR MODELS / [pt] VISUALIZAÇÃO DE MODELOS MASSIVOS DE RESERVATÓRIOS NATURAIS DE PETRÓLEO26 January 2017 (has links)
[pt] Os avanços recentes na tecnologia de simulação paralela de reservatórios de petróleo têm permitido a simulação numérica de domínios cada vez mais discretizados. Essas simulações produzem um volume de dados sem precedentes, que precisam ser visualizados em ambientes 3D, possibilitando assim a análise e inspeção cuidadosa do modelo. Tais modelos tornam as técnicas convencionais de visualização inviáveis, criando a necessidade de se desenvolver soluções escaláveis de visualização. A necessidade de se visualizar dados tão complexos introduz diversos problemas computacionais que precisam ser tratados para visualizar o modelo com taxas de renderização interativas, como a impossibilidade de armazenar o dado todo em memória principal. Existem duas linhas principais para o tratamento de modelos de tal magnitude: renderização distribuída e técnicas de multi-resolução. Nesse trabalho são propostas soluções para a visualização de modelos massivos de reservatório de petróleo em cada uma dessas frentes de pesquisa, e é feita uma discussão acerca das vantagens e limitações de cada solução. Na primeira parte do trabalho, é proposto um sistema distribuído com ordenação no fim para a renderização de tais modelos em agrupamentos de PCs, onde cada PC é equipado com múltiplas GPUs. Dado o uso eficiente de cada GPU e de um estágio de composição parcial, nossa proposta trata dos problemas de escalabilidade que surgem em todo sistema com ordenação no fim em clusters de médio a grande porte. Na segunda parte do trabalho, é proposta uma estrutura hierárquica de multi-resolução de malhas de reservatórios de petróleo, com um novo algoritmo de simplificação feito especificamente para tais malhas. A estrutura hierárquica traz novidades em relação a trabalhos relacionados, fazendo uma estimativa de erro projetado menos conservadora. É feita uma proposta para a renderização com multi-resolução com garantia de uma taxa mínima de renderização, que é o objetivo principal de tais sistemas. Além disso, é feita uma proposta para odesenho do wireframe e das propriedades associadas à malha original do modelo de reservatório mapeados sobre as malhas simplificadas, o que torna a estrutura de multi-resolução independente das propriedades geradas pela simulação, garantindo o seu reuso ao longo de múltiplas simulações do mesmo modelo. Nossos experimentos computacionais demonstram a eficiência das soluções propostas. / [en] Recent advances in parallel architectures for the numerical simulation of natural black oil reservoirs have allowed the simulation of very discretized domains. As a consequence, these simulations produce an unprecedented volume of data, which must be visualized in 3D environments for careful analysis and inspection of the model. Conventional scientific visualization techniques of such very large models are not viable, creating a demand for the development of scalable visualization solutions. The need for the visualization of such complex data introduces several computational issues which must be addressed in order to achieve interactive rendering rates, such as the impossibility of storing the entire data in main memory. There are two main research areas which propose solutions for the visualization of models with such magnitude: distributed rendering and multi-resolution techniques. This work proposes solutions for the visualization of massively complex reservoir models in each of these research areas, and a discussion over the advantages and limitations of each solution is made. In the first part of the work, we propose a distributed system based on a sort-last approach for the rendering of such models in PC clusters, where each PC is equipped with multiple GPUs. Given an efficient use of the available GPUs, combined with a pipelined implementation and the use of partial image compositions on the cluster nodes, our proposal tackles the scalability issues that arise when using mid-to-large GPU clusters. The second part of the work brings the proposal of a hierarchical multi-resolution structure of black oil reservoir meshes, with a new simplification algorithm designed specifically for such meshes. The hierarchical structure brings some new approaches in relation to related work, doing a much less conservative projected error estimation. We propose a minimum refresh rate guarantee strategy for our multiresolution rendering, which is the main goal for such systems. Afterwards, we introduce a proposal for the rendering of data associated with the original reservoir mesh mapped over the simplified meshes, such as the original model grid wireframe and reservoir properties. This proposal guarantees an independence between the multi-resolution structure and the properties
generated by a simulation, which guarantees the reuse of the structure among several simulations of the same model. Experimental results demonstrate the effectiveness of the proposed solutions.
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[en] GPU-BASED PARTICLE SIMULATION WITH COLLISION HANDLING / [pt] SIMULAÇÃO DE PARTÍCULAS BASEADA EM GPU COM TRATAMENTO DE COLISÃOJERONIMO SILVERIO VENETILLO 31 August 2007 (has links)
[pt] Este trabalho apresenta uma nova proposta para a
implementação de um
sistema de partículas em GPU. A simulação é feita
inteiramente no processador
gráfico, o que elimina a transferência de dados entre a
CPU e a GPU. O sistema
proposto é capaz de simular partículas de diferentes
diâmetros em ambientes
confinados, incluindo tratamento de colisão entre
partículas, restrições e colisão
de partículas com o ambiente. A detecção de colisão entre
as partículas é feita
com base numa estrutura de subdivisão do espaço em uma
grade regular de
células. Em GPUs atuais, o sistema é capaz de simular um
milhão de partículas a
taxas iterativas. Também é proposto um método flexível
para modelar os
obstáculos que compõe o ambiente, permitindo a criação de
diferentes cenas sem
necessidade de re-codificação de shaders. O sistema é
composto por diferentes
shaders, responsáveis por cada etapa da simulação. Um
programa de fragmentos é
responsável por fazer a atualização da posição das
partículas. Em seguida, um
programa de vértices faz a montagem da estrutura de
subdivisão espacial. As
etapas seguintes (detecção e tratamento de colisão e de
restrições) são efetuadas
apenas por programas de fragmentos usando a técnica de
relaxação. / [en] This work presents a new proposal for the implementation
of a GPU-based
particle system. The simulation runs entirely on the
graphic processor, thus
eliminating data transfer between the CPU and the GPU. The
proposed system is
able to simulate particles with different diameters in
confined environments,
including support for inter-particle collisions,
constraints, and particle-obstacle
collisions. Inter-particle collision detection is
accomplished by subdividing the
space into a regular grid of cells. On modern graphics
cards, the system is able to
simulate up to one million particles at interactive rate.
It is also proposed a
flexible approach for modeling the obstacles that define
the environment, allowing
the creation of different scenes without relying on shader
re-coding. The system is
divided in different shaders responsible for each stage of
the simulation. One
fragment program is responsible to advance the particles
in time. After that a
vertex program builds the space subdivision structure. The
following stages
(collision detection and response, and constraint solving)
are performed only by
fragment programs using the relaxation method.
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[en] RELIEF TEXTURES USING PER PIXEL LIGHTING AND PARALLEL PROCESSING / [pt] TEXTURAS COM RELEVO UTILIZANDO ILUMINAÇÃO POR PIXEL E PROCESSAMENTO PARALELOFRANCISCO MAURO ALVES FONSECA 19 March 2004 (has links)
[pt] A principal motivação para realização deste trabalho é
verificar a viabilidade de uso da técnica de mapeamento de
textura com relevo em aplicações que exijam interação em
tempo real como, por exemplo, jogos eletrônicos. Esta
dissertação apresenta uma extensão ao mapeamento de textura
com relevo que suporta a representação de efeitos
dependentes do ponto de vista e da direção de iluminação,
que antes não eram possíveis de serem representados. Além
disso, propõe uma forma de paralelizar tal mapeamento
entre CPU e GPU (Graphic Processor Unit), utilizando-se
para isto da tecnologia de Hyper-Threading. Nesta nova
abordagem, cada amostra pertencente a uma textura com relevo
é aumentada para incluir três valores escalares
representando o vetor normal à superfície reproduzida pela
textura. Desta forma, o cálculo de iluminação pode ser
efetuado por pixel. A paralelização do processo de
mapeamento de textura com relevo demonstra-se favorável uma
vez que são obtidos ganhos de até 37% em relação ao tempo
de processamento da abordagem convencional. / [en] The main motivation for this work is to verify the
feasibility of using relief texture mapping in high-demand
real-time applications, such as computer games. This
dissertation presents an extension to relief texture
mapping that supports the representation of effects that
depend of viewpoint and illumination direction, which could
not be represented with previous techniques. Moreover, it
proposes a way to parallelize relief texture mapping
between CPU and GPU, using Hyper-Threading technology.
In this new approach, each element that belongs to a relief
texture is augmented to include three scalar values
representing the normal vector of the reproduced surface.
So, the illumination can be calculated per pixel.
In the proposed approach, the parallelization of the relief
texture mapping represents an acceleration of up to 37%
when compared to conventional techniques.
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