Improved persistent grid mapping

Abstract

In dieser Arbeit wird eine Verbesserung des Persistent Grid Mapping (PGM) Verfahrens vorgestellt. Wie in der zugrundeliegenden Methode wird ein reguläres Gitter von Eckpunkten im Speicher der Graphikkarte abgelegt. Das Gitter wird für jedes zu berechnende Bild auf die Grundebene projiziert, wobei die Eckpunkte anschließend entsprechend den in einem Höhenfeld gespeicherten Werten, entlang der Normale auf die Grundebene verschoben werden. Die perspektivische Abbildung des Gitters resultiert in einer blickpunktabhängigen, kontinuierlichen Detailstufen Annäherung der Geländedaten. PGM ist ein simpler und eleganter Geländevisualisierungsalgorithmus bei dem jedoch Probleme auftreten, sobald sich die Kamera über das Terrain bewegt. Da die projizierten Eckpunkte des Gitters frei auf der Grundebene zu liegen kommen, scheint sich das an sich statische Gelände leicht zu bewegen, bzw. zu schwimmen, wenn die Abtastungsfrequenz der Höhendaten nicht ausreichend hoch ist. Es werden vier Verbesserungen vorgestellt, die sich dieses Problems annehmen: Anpassung des zu projizierenden Gitters an die Kamera um dessen Abtastinterval zu verkleinern indem keine Bereiche des Gitters an nicht sichtbares Gelände zu verschwenden, Verzerrung des Gitters entsprechend einer Gewichtungsfunktion, um exzessiver Gitterzellenstreckung und damit verbundener schwieriger mipmap Selektion zum Horizont hin entgegenzuwirken, lokale Suche und darauffolgende Verschiebung von Abtastpositionen hin zu lokalen Geländekanten, sowie die Nutzung von temporaler Kohärenz von aufeinanderfolgenden Bildern. Auch wenn PGM selbst nach Anwendung unserer Verbesserungen weiterhin keinen maximalen Pixelfehler im Bildbereich garantieren kann, so erreichen wir mit unserem Algorithmus dennoch eine deutliche Verbesserung der Bildqualität, vor allem durch die Verminderung der temporalen aliasing Artefakte die PGM innehat.

We propose a novel heightmap-based terrain rendering algorithm that enhances the Persistent Grid Mapping (PGM) method. As in the underlying method, we cache a regular triangulated grid in video memory and use the GPU to project the mesh onto the ground plane each frame anew. Each vertex in the grid is then displaced according to the sampled heightmap value along the ground plane's normal vector. The perspective mapping of the grid results in a view-dependent, continuous level-of-detail approximation of the terrain dataset. PGM is a simple and elegant terrain rendering algorithm, however, as the camera hovers over the terrain, projected vertex positions slide over the terrain. This leads to the underlying static terrain surface changing shape slightly from frame to frame. We address these swimming artifacts by introducing four improvements: tailoring the projected grid, which pushes most otherwise culled vertices back into the view frustum, redistributing grid vertices according to an importance function for more faithful mipmap selection when sampling the heightmap, local terrain edge search for vertices within a certain proximity to the camera, and exploiting temporal coherence between frames. While our algorithm cannot guarantee a maximum screen-space error, it nevertheless reduces PGM's inherent temporal aliasing artifacts considerably.