Verbesserte Terrainvisualisierung durch Hardware Tessellation für Ordered Point Clouds (OPCs)

Im Bereich der Computergrafik und Visualisierung scheint die Zeit durch die rasche Entwicklung neuer Algorithmen und Hardware, rasch zu verfliegen. Deshalb muss das Interesse an Innovation von Industriepartnern erhalten bleiben. VRVis erstellte einen Prototypen um Ordered Point Clouds (OPCs), welche für die Darstellung von Terrain genutzt werden, mittels Hardware Tessellation verbessert darzustellen. Dieser bewies dass es sich lohnt, selbst bereits stark optimierte Methoden durch neue Algorithmen zu erweitern um eine zukunftssichere Basis für zukünftige Projekte zu schaffen.

Herausforderungen in der schnell- lebigen Welt der Computergrafik

In den Computerwissenschaften wirken manche Entwicklungen bereits kurz nach ihrer Marktreife veraltet. Andererseits werden in vielen Industriebereichen Programme und Techniken überraschend ausdauernd über eine lange Zeit verwendet. Wenn Werkzeuge sich als gut nutzbar erwiesen haben, ist es schwierig, diese auszutauschen da eine Einschulung für die effektive Nutzung der neuen oft teurer wirken, als die Erhaltung von älteren und langsameren Applikationen.

Deshalb ist es wichtig Inhalte am Puls der Zeit ansprechend zu präsentieren. Dazu werden jedoch Ressourcen benötigt, um neue Techniken in einem bisher noch nicht angewandten Umfeld zu zeigen. Spezialisten können so ihnen bekannte Daten neu entdecken und von den Vorteilen überzeugt werden.

In der Visualisierung stößt man dabei oft auf die Frage, ob eine Änderung überhaupt nötig ist, wenn das aktuelle System ja immer noch ausreichend funktioniert.

Aktuelle Laserscanner erzeugen enorme Datenmengen für jede virtuell rekonstruierte Umgebung. VRVis hat bereits in der Vergangenheit fortschrittliche Methoden zur Echtzeiterkundung solcher Datansätze entwickelt. Da die technische Entwicklung seither weiter fortgeschritten ist, wurden neue Methoden für die spezifischen Bedürfnisse von Industriepartnern implementiert und präsentiert.

Hardware Tessellation für die optimale Nutzung der Grafikressourcen

Nach einiger Zeit der Nachforschung wurde festgestellt, dass Hardware Tessellation den Anforderungen für eine verbesserte Darstellung der OPCs genügen könnte. Mit dieser Methode werden Details direkt in der Grafik-Hardware berechnet, wodurch vor allem die effizientere Nutzung des Grafikspeichers erzielt werden könnte, welcher bei der Darstellung hochauflösender Laserscans häufig zum Flaschenhals wird. Dadurch werden Level of Deatil Algorithmen notwendig, die dazu dienen, nur die wirklich notwendigen Teile des Datensatzes darzustellen. Ältere Ansätze haben auch weitere Probleme wie Übertessellierung nahe der Benutzerkamera oder sichtbare Wechsel zwischen den Levels of Detail. Mit der Nutzung von Displacement Maps in Kombination mit Hardware Tessellation kann eine weit effizientere Speichernutzung erzielt werden. Eine stufenlose Erhöhung der Anzahl der dargestellten Punkte und Dreiecke führt auch zu einem visuell attraktiverem Bild. Der Nutzer findet dadurch weit mehr Details in der Auflösung Nahe der Kamera, wie in Abbildung 1 zu erkennen ist.

Abb. 1: Hardware Tessellation mit stufenlosen Levels of Detail

Wirkungen und Effekte

Die Anwendung von Hardware Tessellation zeigt, dass dadurch die Erkundung der OPC-Datensätze weit effizienter gestaltet werden kann. Industriepartner von VRVis sind durch den Prototypen weit einfacher von den Vorteilen dieser Methode zu überzeugen und dass sich der Einsatz von Zeit und Geld für eine übergreifende Implementierung lohnen kann, um auch für zukünftige Entwicklungen gerüstet zu sein. Aktuell wird geplant, diese Methode für die Darstellung von Terrain und Tunneloberflächen zu nutzen, welche bereits als OPCs existieren, die durch Joanneum Research erstellt wurden.

Abb. 2: Darstellung eines Terrains, welches durch Laserscanner erstellt wurde

 

Letztendlich liegt die Entscheidung, ob die Erkenntnisse aus der Nutzung des Prototyps auch umfangreich umgesetzt werden, bei den Industriepartnern. Die Vorteile für die graphische Attraktivität und Speichereffizienz liegen auf der Hand und Um im schnelllebigen Feld der Echtzeitvisualisierung konkurrenzfähig zu bleiben müssen solche Entwicklungen genutzt werden.