Ученые ВМК МГУ создали способ автоматического построения облаков точек с разными деталями для ускорения отрисовки многоугольных моделей. Computer Science Research Notes.
Специалисты Вычислительного математического центра МГУ разработали способ оптимизации рендеринга моделей с помощью облаков точек и динамическими уровнями детализации. В отличие от привычных полигональных сеток, облака точек состоят из отдельных точек, размещённых по всей поверхности объекта. Такой метод позволяет использовать меньше данных при отображении моделей без ухудшения качества изображения.
Метод реализует преобразование сложных полигональных моделей в облака точек с переменной плотностью. Для достижения этого применяется алгоритм распределения точек по «синему шуму», обеспечивающий равномерное покрытие поверхности модели и визуальную иллюзию непрерывности. Ключевая особенность метода заключается в динамическом изменении плотности облаков точек, зависящем от расстояния до камеры и угла обзора. Чем дальше объект от камеры, тем меньше используется точек для его отображения, а при приближении камеры плотность увеличивается.
Процесс начинается с формирования облака точек, которое равномерно располагается по поверхности модели. Такое распределение обеспечивает визуальное соответствие исходной геометрии с любого ракурса. Для фильтрации точек и создания уровней детализации применяется метод Пуассоновского диска. Это предотвращает скопление точек в одном месте и способствует созданию более реалистичного изображения.
Плотность облака точек изменяется в режиме реального времени. Вложенная структура облака позволяет изменять число отображаемых точек в зависимости от расстояния до камеры. Для этого рассчитывается необходимая плотность на основе параметров камеры и положения объекта. Например, удалённый объект отображается с меньшей плотностью точек, а при приближении количество точек увеличивается автоматически. Это помогает оптимально использовать вычислительные ресурсы и не перегружать графический процессор.
Последним этапом является отрисовка облака точек с помощью консервативной растеризации, которая обеспечивает полное покрытие экрана и предотвращает появление артефактов. Это особенно важно для избегания разрывов и дыр в изображении при отображении объектов под различными углами. Также используются оптимизации: отсечение невидимых точек по нормалям и подбор уровня детализации в зависимости от положения объекта на экране. Такой подход позволяет достичь высокой производительности без ущерба качеству изображения.
Разработанный метод обладает рядом преимуществ по сравнению с традиционными методами рендеринга: уменьшение объема данных для отображения объектов снижает нагрузку на графический процессор и ускоряет работу приложений, а динамическая плотность точек обеспечивает высокую производительность без ущерба качеству изображения за счет оптимальной детализации в зависимости от положения камеры.
Наш метод эффективно использует облака точек для рендеринга сложных трёхмерных моделей. Это особенно важно в современных графических приложениях, где необходима высокая производительность и качество изображения. Мы продемонстрировали, что с помощью динамических уровней детализации можно добиться впечатляющих результатов без потери качества визуализации. Александр ЩербаковСтарший преподаватель Лаборатории компьютерной графики и мультимедиа ВМК МГУ.
Исследования будут направлены на интеграцию метода с новыми графическими API и применение к другим типам геометрии, например, воксельным моделям и данным лазерного сканирования. Планируется также адаптация метода для систем виртуальной реальности с учётом особенностей отображения на шлемах VR, таких как угол обзора и разрешение экрана.
Источник информации: ВМК МГУ имени М.В. Ломоносова
Источник фото: ru.123rf.com