Direct artist control for procedural content generation of urban environments

Abstract

Die Erstellung von digitalen 3D Inhalten für virtuelle Städte ist eine große Herausforderung und beinhaltet viel manuelle Arbeit.<br />Deshalb wurden viele prozedurale Methoden zur automatischen Erstellung von Gebäuden, Pflanzen oder kompletten Städten vorgestellt. Der große Vorteil solcher Methoden ist die Möglichkeit, anhand von wenigen Parametern als Eingabedaten große Mengen von digitalen Inhalten zu erstellen.<br />Allerdings haben diese Methoden auch einen großen Nachteil: Im Vergleich zu manuellen Methoden sind die resultierenden Inhalte schwer vorherzusehen oder zu beeinflussen. Die Möglichkeit, direkte Beeinflussung auf das Resultat auszuüben, ist besonders für Designer wichtig, damit diese ihre Vision oder Anforderungen umsetzen können.<br />Deshalb ist das Hauptziel dieser Dissertation, die direkte Beeinflussbarkeit manueller Methoden mit der Leistungsfähigkeit prozeduralen Modellierens zu kombinieren.<br />Um direkte und visuelle Beeinflussung von prozeduralen Methoden zur Erstellung von virtuellen Städten zu ermöglichen, führen wir mehrere neue Methoden und Paradigmen ein. Zuerst stellen wir eine Methode zum visuellen Design von Grammatiken für Architekturerstellung vor, des weiteren werden Methoden zur direkten Beeinflussung von Methoden zur Architekturgenerierung dargelegt. Um ganze Städte zu modellieren, stellen wir ein System basierend auf mehreren Ebenen von Stadtteilen unter Benutzung des Graphcut Algorithmus vor. Dies ermöglicht direkte Beeinflussung von prozedural erstellten Städten. Des weiteren wird ein Konzept zur direkten Definition von Parametern für Städte vorgestellt.<br />Da interaktive Geschwindigkeit von prozeduralen Algorithmen nötig ist wenn diese in einem Projekt eingesetzt werden sollen, stellen wir auch einen Algorithmus zur Parallelisierung von L-Systemen auf über tausend Prozessoren vor.<br />

Creating 3D digital assets of urban environments is a challenging task, requiring a significant amount of manual labor. To automate parts of this process, many procedural modeling methods to automatically create buildings, plants or entire cities were introduced.<br />The main advantage of such methods compared to manual methods is the ability to create large amounts of assets using just a few parameters as input data. However, the main disadvantage is the difficulty to control or predict the output of such methods. Direct controllability is especially important for artists enabling them to model the output to their vision or requirements. Therefore, the main goal of this thesis is combining the direct control provided by manual methods with the power of procedural modeling.<br />To achieve this, several new methods and paradigms bringing direct and visual artist control to procedural generation of urban environments are contributed in this thesis. These include a method enabling a visual design process for building grammars, as well as methods providing direct artist control for architecture generation algorithms. To model whole cities, we introduce a layering system for urban layouts based on graph cut, contributing the ability to perform direct and persistent changes to a procedurally generated city. Additionally, the concept of anchored assignments is introduced, enabling direct control of parameter distributions on cities. Finally, as real-time performance of generation algorithms is paramount if they are to be used in a production setting, we introduce an algorithm able to parallelize the work of L-system generation to thousands of processors.<br />