Title: Interactive vegetation rendering
Language: English
Authors: Mantler, Stephan 
Qualification level: Doctoral
Keywords: Computergrafik; Echtzeit; Interaktiv; Darstellung; Pflanzen; Landschaften
computer graphics; real-time; interactive; display; rendering; vegetation; plants; landscapes
Advisor: Hauser, Helwig
Assisting Advisor: Szirmay-Kalos, László 
Issue Date: 2007
Number of Pages: 169
Qualification level: Doctoral
Abstract: 
In der Computergrafik ist die interaktive Darstellung von Pflanzen nach wie vor ein bedeutendes Problem. Deren organische Struktur besitzt oftmals eine sehr große geometrische Komplexität, die nur schlecht mit herkömmlichen Verfahren reduziert werden kann. Diese Arbeit präsentiert neue Lösungsansätze sowohl für die Darstellung individueller Pflanzen als auch für ganze Landschaften.
Zur Darstellung einzelner Pflanzen wurde eine Erweiterung des Billboard Cloud Verfahrens zur extremen Vereinfachung von polygonalen Modellen entwickelt. Dieses Verfahren reduziert beliebig komplexe Objekte auf sehr wenige Polygone; allerdings ist das Ergebnis oft nur für die Betrachtung aus größeren Distanzen sinnvoll. Die von uns entwickelten Displacement Mapped Billboard Clouds erlauben eine stark verbesserte Darstellungsqualität, sodass die reduzierten Modelle über einen deutlich größeren Bereich angezeigt werden können.
Weiters werden für individuelle Pflanzen oft punktbasierte Darstellungsmethoden verwendet. Ein in dieser Arbeit vorgestelltes Verfahren erlaubt ein rasches, approximatives Erfassen der sichtbaren Punktmenge.
In weiterer Folge kann diese reduzierte Punktmenge zur Darstellung verwendet werden, wodurch eine deutlich schnellere Darstellung bei nahezu gleichbleibender Bildqualität erzielt wird.
Für das interaktive Rendering ganzer Landschaften wurde ein Verfahren entwickelt, das auf Displacement Mapping Shader setzt um existierende Terrainmodelle mit Vegetation darzustellen. Zusätzlich zu dem eigentlichen Verfahren werden auch Probleme bei der Handhabung sehr großer Gebiete diskutiert und entsprechende Lösungsansätze vorgestellt.
Als Beispiel für eine "global scale" Applikation wurde das Verfahren in dem von der NASA entwickelten GeoinformationssystemWorldWind integriert.
Darüber hinaus wird in dieser Arbeit ein erweiterter Ansatz zur Verwendung von early-Z Beschleunigungsverfahren in Shadern präsentiert, für die dies derzeit nicht möglich ist. Darüber hinaus präsentieren wir ein zweistufiges Verfahren zur Gültigkeit von dynamisch erzeugten Impostors und Methoden zur zeitkritischen gemeinsamen Darstellung von diskreten und kontinuierlichen LOD-Modellen.

Vegetation poses a significant problem to computer graphics because the geometric complexity of plants does not lend itself very well to traditional simplification approaches. This thesis presents new algorithms that address these issues at different scales, for rendering individual plants as well as entire landscapes.
For individual plants we introduce Displacement Mapped Billboard Clouds, an extended version of the billboard cloud extreme simplification approach. Billboard clouds have been successfully used to reduce the geometric complexity of highly detailed models to a few planes, however the resulting models are often unsuitable for viewing at closer distances.
The presented extension exploits shaders to improve the visual quality of the resulting models.
Also, a method is introduced for quickly determining approximate visible sets for point clouds, which are often used for rendering individual plants. Approximate visible sets allow a significant reduction in the number of primitives to be rendered with only very little impact on visual quality.
For entire landscapes, displacement mapping shaders are explored to enhance existing terrain models with vegetation. We also address the issues involved with applying such techniques at a global scale, and present the integration of our method in the open source World Wind geospatial viewer.
Furthermore, we propose a way to enable early-Z acceleration methods on the GPU for shaders where this is not yet possible, and discuss the handling of level of detail validity and criteria for time-critical rendering of discrete and continuous levels of detail.
URI: https://resolver.obvsg.at/urn:nbn:at:at-ubtuw:1-20259
http://hdl.handle.net/20.500.12708/14633
Library ID: AC05034619
Organisation: E186 - Institut für Computergraphik und Algorithmen 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
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