Ayrıntı düzeyi - Level of detail

Bu makale bilgisayar grafiklerinin ayrıntı düzeyiyle ilgilidir. Yazılı ayrıntı düzeyi için bkz. ayrıntı düzeyi (yazma).

İçinde bilgisayar grafikleri, detay seviyesi (LOD) bir karmaşıklığı ifade eder 3 boyutlu model temsil.[1][2][3] Model izleyiciden uzaklaştıkça veya nesne önemi, bakış açısına göre hız veya konum gibi diğer ölçütlere göre LOD azaltılabilir. grafik ardışık düzeni aşamalar, genellikle köşe dönüşümleri Modelin azalan görsel kalitesi, uzaktayken veya hızlı hareket ederken nesne görünümü üzerindeki küçük etki nedeniyle genellikle fark edilmez.

Çoğu zaman LOD uygulanmasına rağmen geometri detayı sadece temel kavram genelleştirilebilir. Son zamanlarda, LOD teknikleri de dahil gölgelendirici Piksel karmaşıklığının kontrolünü sağlamak için yönetim. Bir çeşit ayrıntı yönetimi seviyesi uygulanmıştır. doku eşlemeleri yıllardır adı altında mipmap oluşturma, ayrıca daha yüksek işleme kalitesi sağlar.

"Bir nesnenin LOD'lu"nesne temelde basitleştirildiğinde LOD-ing algoritması[kaynak belirtilmeli ].

Tarihsel referans

Köken[1] 3D bilgisayar grafikleri için tüm LOD algoritmalarının tümü bir makaleye kadar takip edilebilir. James H. Clark Ekim 1976 sayısında ACM'nin iletişimi O zamanlar bilgisayarlar monolitik ve nadirdi ve grafikler araştırmacılar tarafından yönlendiriliyordu. Donanımın kendisi hem mimari hem de performans açısından tamamen farklıydı. Hal böyle olunca günümüz algoritmaları açısından pek çok farklılık gözlemlenebildiği gibi, birçok ortak nokta da gözlemlenebilir.

Orijinal algoritma, burada tartışılacak olana çok daha genel bir yaklaşım sundu. Geometri yönetimi için mevcut bazı algoritmalar tanıtıldıktan sonra, en verimli kazanımların "... işlenmekte olan ortamları yapılandırma", daha hızlı dönüşümlerden yararlanmaya ve kırpma operasyonlar.

Aynı ortam yapılandırması artık değişen ayrıntıları kontrol etmenin bir yolu olarak önerilmektedir, böylece gereksiz hesaplamalardan kaçınılır, ancak yeterli görsel kalite sağlanır:

Örneğin, bir dodecahedron yeterince büyük bir mesafeden bir küre gibi görünür ve bu nedenle, oradan veya daha uzak bir mesafeden bakıldığı sürece onu modellemek için kullanılabilir. Ancak, daha yakından bakılması gerekiyorsa, bir on iki yüzlü gibi görünecektir. Buna bir çözüm, basitçe onu gerekli olabilecek en ayrıntılı şekilde tanımlamaktır. Bununla birlikte, o zaman onu büyük mesafelerde temsil etmek için gerekenden çok daha fazla ayrıntıya sahip olabilir ve bu tür birçok nesnenin bulunduğu karmaşık bir ortamda, çokgenler (veya diğer geometrik ilkeller) olabilir. görünür yüzey algoritmaları verimli bir şekilde idare etmek için.

Önerilen algoritma, bir ağaç veri yapısı yaylarında hem dönüşümleri hem de daha ayrıntılı nesnelere geçişleri kodlayan. Bu şekilde, her düğüm bir nesneyi kodlar ve hızlı bir şekilde sezgisel ağaç, her nesneye daha fazla ayrıntı sağlayan yapraklara doğru iner. Bir yaprağa ulaşıldığında, daha yüksek ayrıntıya ihtiyaç duyulduğunda diğer yöntemler kullanılabilir. Catmull 's yinelemeli alt bölüm[2].

Bununla birlikte, önemli olan nokta, karmaşık bir ortamda, ortamdaki çeşitli nesneler hakkında sunulan bilgi miktarının, bu nesnelerin kapladığı görüş alanının fraksiyonuna göre değişmesidir.

Makale daha sonra tanıtıyor kırpma (karıştırılmamalıdır itlaf genellikle benzer olmasına rağmen), grafik çalışma seti ve performans üzerindeki etkisi, işleme hızını artırmak için önerilen algoritma ve diğerleri arasındaki etkileşimler.

İyi bilinen yaklaşımlar

Yukarıda tanıtılan algoritma bir dizi ayrıntı yönetimi tekniklerini kapsasa da, gerçek dünya uygulamaları genellikle işlenmekte olan bilgiye göre uyarlanmış özel yöntemler kullanır. Durumun gereksinimlerine bağlı olarak iki ana yöntem kullanılır:

İlk yöntem, Ayrık Ayrıntı Düzeyleri (DLOD), daha az geometrik ayrıntı seviyesiyle orijinal geometrinin birden çok, ayrı sürümünün oluşturulmasını içerir. Çalışma zamanında, tam detaylı modeller, gerektiği kadar azaltılmış ayrıntıya sahip modellerin yerine geçer. Seviyelerin ayrık doğası nedeniyle, görsel olabilir haşhaş bir model başka bir modelle değiştirildiğinde. Bu, şu şekilde hafifletilebilir: alfa harmanlama veya morphing geçiş sırasında durumlar arasında.

İkinci yöntem, Sürekli Ayrıntı Düzeyleri (CLOD), sürekli değişken bir geometrik detay spektrumu içeren bir yapı kullanır. Yapı, daha sonra durum için gereken uygun ayrıntı düzeyini sorunsuz bir şekilde seçmek için incelenebilir. Bu tekniğin önemli bir avantajı, detayı yerel olarak değiştirme yeteneğidir; örneğin, büyük bir nesnenin görünüme yakın kenarı yüksek ayrıntıyla sunulabilirken, aynı zamanda uzak tarafındaki ayrıntı da azaltılır.

Her iki durumda da, LOD'lar, tam detaylı modele göre LOD'nin geometrik hatasının değerlendirilmesi gibi, ayrıntıdaki azalma ile ne kadar detayın kaybolduğunu yargılamak için kullanılan bazı buluşsal yöntemlere göre seçilir. Daha sonra nesneler, kabul edilebilir bir görsel kalite seviyesini korurken performansı en üst düzeye çıkarmak için geometrik ayrıntıları mümkün olduğunca en aza indirecek şekilde tasarlanan buluşsal yöntemi karşılamak için gereken minimum ayrıntı miktarıyla görüntülenir.

Ayrık LOD ile ilgili ayrıntılar

Çeşitli DLOD aralıklarına bir örnek. Daha koyu alanlar daha yüksek ayrıntıyla işlenmelidir. Dışarıdaki tüm bilgiler atılarak ek bir ayıklama işlemi yürütülür. hüsran (renkli alanlar).

Ayrık LOD'nin (DLOD) temel kavramı, aynı nesneyi temsil edecek çeşitli modeller sağlamaktır. Bu modellerin elde edilmesi, genellikle önemsiz olmayan ve birçok kişiye konu olan harici bir algoritma gerektirir. çokgen indirgeme teknikleri. Ardışık LOD oluşturma algoritmaları, bu modellerin mevcut olduğunu varsayacaktır.

DLOD algoritmaları, genellikle belleğe kolayca sığabilen küçük veri kümelerine sahip yoğun performans gerektiren uygulamalarda kullanılır. olmasına rağmen çekirdek dışı algoritmalar kullanılabilir, bilgi granülerliği bu tür uygulamalar için pek uygun değildir. Bu tür bir algoritmanın çalışması genellikle daha kolaydır ve hem daha hızlı hem de daha düşük performans sağlar. İşlemci birkaç işlem nedeniyle kullanım.

DLOD yöntemleri genellikle, muhtemelen karmaşık animasyon yöntemlerini içeren "bağımsız" hareketli nesneler için kullanılır. İçin farklı bir yaklaşım kullanılır geomipmapping,[3] popüler arazi işleme algoritması çünkü bu, hem grafik hem de topolojik olarak "nesne" ağlarından farklı olan arazi ağları için geçerlidir. Bir hatayı hesaplamak ve buna göre ağı basitleştirmek yerine, geomipmapping sabit bir azaltma yöntemi kullanır, ortaya çıkan hatayı değerlendirir ve hatanın kabul edilebilir olduğu bir mesafeyi hesaplar. Basit olmasına rağmen, algoritma iyi performans sağlar.

Ayrı bir LOD örneği

Basit bir örnek olarak, küre. Ayrı bir LOD yaklaşımı, farklı mesafelerde kullanılmak üzere belirli sayıda modeli önbelleğe alacaktır. Çünkü model önemsiz bir şekilde prosedürel olarak oluşturulmuş Matematiksel formülasyonu sayesinde, yüzey üzerine dağıtılan farklı miktarda numune noktaları kullanmak, gerekli çeşitli modelleri oluşturmak için yeterlidir. Bu geçiş bir LOD oluşturma algoritması değildir.

Görsel etki karşılaştırmaları ve ölçümleri
Resim5000'den fazla örnek noktası içeren ince tassellated tel kafes küre.Neredeyse 2900 puntoluk, oldukça tassellated bir tel kafes küre.Yaklaşık 1600 örnek noktası olan bir tel kafes küre.Uzaktan bakıldığında iyi olan, neredeyse 700 köşeli bir tel kafes küre.150'den az örnek noktası olan ancak yine de uzaktaki nesneler için yeterli olan bir tel kafes küre.
Tepe noktaları~5500~2880~1580~670140
NotlarMaksimum detay,
yakın çekimler için.		Minimum detay,
çok uzak nesneler.

Gerçekçi bir dönüşüme bağlı senaryoyu simüle etmek için, anlık olarak yazılmış bir uygulama kullanılabilir. Basit algoritmaların ve minimum parça işlemlerinin kullanılması, CPU sınırlama oluşmaz. Her çerçeve, program her kürenin mesafesini hesaplayacak ve bu bilgilere göre havuzdan bir model seçecektir. Konsepti kolayca göstermek için her modelin kullanıldığı mesafe sabit kodlu kaynakta. Daha kapsamlı bir yöntem, seçilen kullanım mesafesine göre uygun modelleri hesaplayacaktır.

OpenGL küçük partileri yönetmedeki yüksek verimliliği nedeniyle render için kullanılır, her modeli bir görüntüleme listesi böylece iletişim giderlerinden kaçınılır. Ek tepe yükü, ideal olarak sonsuz uzağa yerleştirilmiş iki yönlü ışık kaynağı uygulanarak verilir.

Aşağıdaki tablo, LOD duyarlı oluşturma performansını ve tam bir ayrıntıyı (kaba kuvvet) yöntem.

Görsel etki karşılaştırmaları ve ölçümleri
BruteDLODKarşılaştırma
Oluşturuldu
Görüntüler		Maksimum ayrıntıda sahne.Yerleştirme etkinleştirilmiş yukarıdaki sahne ile aynı.Neredeyse siyah fark görüntüsü, kolayca farkedilebilir bir farklılık göstermez.
Oluşturma zamanı27,27 ms1,29 ms21 × azalma
Sahne köşeleri2,328,480109,44021 × azalma

Hiyerarşik LOD

Donanım, büyük miktarda ayrıntıya yönelik olduğundan, düşük çokgen nesnelerin işlenmesi, yetersiz performanslara neden olabilir. HLOD, farklı nesneleri bir arada gruplandırarak sorunu önler[4]. Bu, yakınlık hususlarından yararlanmanın yanı sıra daha yüksek verimlilik sağlar.

Pratik uygulamalar

Video oyunları

LOD, özellikle 3D video oyunlarında kullanışlıdır. Video oyunu geliştiricileri, oyunculara geniş dünyalar sağlamak ister, ancak her zaman donanım, kare hızı ve gerçek zaman video oyun grafiklerinin doğası. 1990'larda 3D oyunların ortaya çıkmasıyla birlikte, birçok video oyunu uzaktaki yapıları veya nesneleri göstermedi. Yalnızca yakındaki nesneler işlenir ve daha uzaktaki parçalar yavaş yavaş kaybolur, esasen uzak sis. LOD oluşturma kullanan video oyunları bu sis efektini önler ve daha geniş alanları oluşturabilir. 3B video oyunlarında LOD oluşturmanın bazı önemli erken örnekleri şunları içerir: Spyro Ejderha, Crash Bandicoot: Bükülmüş, Gerçekdışı Turnuva ve Ciddi Sam motor. Çoğu modern 3B oyun, büyük yapılar için farklı modeller ve çimen ve ağaçlar gibi çevre ayrıntıları için uzaktan itlaf kullanarak LOD oluşturma tekniklerinin bir kombinasyonunu kullanır. Bu etki bazen, örneğin oyuncu karakteri sanal arazi üzerinde uçtuğunda veya uzun mesafeli görüntüleme için bir keskin nişancı dürbünü kullandığında hala fark edilebilir. Yeşillik itlafı olarak da bilinen, özellikle çimen ve yapraklar yaklaştıkça ortaya çıkacak.[4] LOD ayrıca oluşturmak için de kullanılabilir fraktal arazi gerçek zamanda.[5]

Popüler şehir kurma oyununda Şehirler: Skylines, modlar çeşitli derecelerde LOD oluşturmaya izin verir.

CBS ve 3B şehir modellemede

LOD bulunur CBS ve 3B şehir modelleri benzer bir kavram olarak. Gerçek dünya özelliklerinin ne kadar kapsamlı bir şekilde haritalandığını ve modelin gerçek dünyadaki muadiline ne kadar bağlı olduğunu gösterir. Geometrik karmaşıklığın yanı sıra, mekansal-anlamsal tutarlılık, doku çözünürlüğü ve öznitelikler gibi diğer ölçütler bir modelin LOD'unda düşünülebilir.[6]Standart CityGML en belirgin LOD kategorilerinden birini içerir.[7]

CBS'deki "LOD-ing" analojisine şu şekilde atıfta bulunulur: genelleme.

Rendering ve modelleme yazılımı

Ayrıca bakınız

Referanslar

  1. ^ http://people.cs.clemson.edu/~dhouse/courses/405/notes/OpenGL-mipmaps.pdf
  2. ^ http://computer-graphics.se/TSBK07-files/pdf/PDF09/10%20LOD.pdf
  3. ^ http://rastergrid.com/blog/2010/10/gpu-based-dynamic-geometry-lod/
  4. ^ "Unreal Engine Documentation, Foliage Instanced Meshes, Culling"
  5. ^ Musgrave, F. Kenton, Craig E. Kolb ve Robert S. Mace. "Aşınmış fraktal arazilerin sentezi ve sunumu." ACM Siggraph Bilgisayar Grafikleri. Cilt 23. No. 3. ACM, 1989.
  6. ^ Biljecki, F .; Ledoux, H .; Stoter, J .; Zhao, J. (2014). "3B şehir modellemesinde ayrıntı seviyesinin resmileştirilmesi". Bilgisayarlar, Çevre ve Kentsel Sistemler. 48: 1–15. doi:10.1016 / j.compenvurbsys.2014.05.004.
  7. ^ Biljecki, F .; Ledoux, H .; Stoter, J. (2016). "3B bina modelleri için geliştirilmiş bir LOD spesifikasyonu". Bilgisayarlar, Çevre ve Kentsel Sistemler. 59: 25–37. doi:10.1016 / j.compenvurbsys.2016.04.005.
  1. ^ ACM'nin İletişimleri, Ekim 1976 Cilt 19 Sayı 10. Sayfalar 547-554. Görünür Yüzey Algoritmaları için Hiyerarşik Geometrik Modeller tarafından James H. Clark, Santa Cruz'daki California Üniversitesi. Sayısallaştırılmış tarama şu adreste ücretsiz olarak mevcuttur: https://web.archive.org/web/20060910212907/http://accad.osu.edu/%7Ewaynec/history/PDFs/clark-vis-surface.pdf.
  2. ^ Catmull E., Eğimli Yüzeylerin Bilgisayarla Görüntülenmesi için Alt Bölüm Algoritması. Tech. Rep. UTEC-CSc-74-133, University of Utah, Salt Lake City, Utah, 1 Aralık
  3. ^ Ribelles, López ve Belmonte, "Artımlı bir Temsille Geliştirilmiş Ayrık Ayrıntı Düzeyi Modeli", 2010, http://www3.uji.es/~ribelles/papers/2010-TPCG/tpcg10.pdf
  4. ^ de Boer, W.H., Geometrik Mipmapping kullanarak Hızlı Arazi İşleme, flipCode özellikli makalelerde, Ekim 2000. https://www.flipcode.com/archives/Fast_Terrain_Rendering_Using_Geometrical_MipMapping.shtml.
  5. ^ Carl Erikson'ın makalesi http://www.cs.unc.edu/Research/ProjectSummaries/hlods.pdf HLOD mekanizmalarına hızlı ama etkili bir bakış sağlar. Daha kapsamlı bir açıklama tezinde aşağıdaki gibidir: https://wwwx.cs.unc.edu/~geom/papers/documents/dissertations/erikson00.pdf.