GPU based clipmaps : implementation of geometry clipmaps for terrain with non-planar basis

Abstract

Das Rendering von Terrain-Daten findet in vielen Anwendungsgebieten Verwendung. Neben kartographischen Anwendungen wird es auch im Unterhaltungssektor eingesetzt. Anwendungen, die ein sehr ausgedehntes Gelände anzeigen sollen, stehen vor dem Verarbeitungsproblem von großen Datenmengen. Es ist in der Regel nicht möglich, diese Datensätze mit herkömmlichen PCs direkt anzuzeigen.<br />In dieser Arbeit wird eine verbesserte Terrain Rendering Technik vorgestellt. Diese Level-of-Detail Technik erlaubt das Anzeigen von auf beliebiger Basis aufgesetztem Terrain. Ein Beispiel dafür ist die Erde, deren Oberfläche auf einer Kugel basiert. Der vorgestellte Algorithmus baut auf dem Geometry Clipmaps Algorithmus auf, der das Anzeigen von unbeschränkt großen Terrain-Daten ohne Leistungsabfall erlaubt. Dieser Algorithmus wurde 2004 von Losasso und Hoppe entwickelt und 2005 von Asirvatham und Hoppe verbessert, um herkömmliche Graphik-Hardware besser ausnützen zu können und dadurch die Rendering-Leistung zu steigern.<br />Dennoch können beide Algorithmen nur Gelände auf ebener Basis darstellen.<br />Unsere Anwendung überwindet diese Einschränkung, indem anstelle einer Höhentextur eine Floating-Point Textur mit den 3D-Koordinaten der einzelnen Oberflächenpunkte verwendet wird. Durch diese Änderung ist es unserer Anwendung möglich, Gelände mit beliebiger Form anzuzeigen. Das erzeugte Drahtgitter ist nicht an ein reguläres, nur in z-Richtung veränderbares Mesh gebunden. Der Nachteil dieser Änderung des ursprünglichen Geometry Clipmap Algorithmus ist das Auftreten eines Genauigkeitsproblems, das dem Algorithmus das Rendern von nur beschränkt großen Terrains erlaubt. In dieser Arbeit wird dieses Präzisionsproblem durch Teilen der gesamten Oberfläche in kleinere, ohne Probleme verarbeitbaren Teile gelöst.<br />

Terrain rendering has a wide range of applications. It is used in cartography and landscape planning as well as in the entertainment sector. Applications that have to render large terrain are facing the challenge of handling a vast amount of source data. The size of such terrain data exceeds the capabilities of current PCs by far.<br />In this work an improved terrain rendering technique is introduced. It allows the rendering of surfaces with an arbitrary basis like the spherical-shaped earth. Our algorithm extends the Geometry Clipmaps algorithm, a technique that allows to render very large terrain data without losing performance. This algorithm was developed by Losasso and Hoppe in 2004. Asirvatham and Hoppe improved this algorithm in 2005 by increasing the utilization of modern graphics hardware. Nevertheless both algorithms lack of the ability to render large curved surfaces.<br />Our application overcomes this restriction by using a texture holding 3D points instead of a heightmap. This enables our implementation to render terrain that resides on an arbitrary basis. The created mesh is not bound by a regular grid mesh that can only be altered in z-direction.<br />The drawback of this change of the original geometry clipmap algorithm is the introduction of a precision problem that restricts the algorithm to render only a limited area. This problem is handled by patching the whole surface with individual acting, geometry clipmap quads.