Оптимизации генерации иерархических уровней детализации для масштабных полигональных сцен
Василий Николаевич ШУТКИН,
Никита Константинович МОРОЗКИН,
Виталий Адольфович СЕМЕНОВ,
Олег Анатольевич ТАРЛАПАН https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2025-37(3)-22
Аннотация
Альтернативные уровни детализации (LOD) являются одним из наиболее перспективных подходов к эффективному рендерингу сложных пространственно-трехмерных сцен. Подход получил развитие в методах иерархических уровней детализации (HLOD) и иерархических динамических уровней детализации (HDLOD), которые в настоящее время хорошо проработаны и успешно применяются для консервативного и интерактивного рендеринга больших динамических сцен. Вместе с тем, вопросам эффективной генерации уровней детализации не уделялось должного внимания, а они оказываются критичными в ряде приложений, связанных с визуальным моделированием сложных индустриальных проектов и масштабных инфраструктурных программ. В работе рассматриваются перспективные техники ускорения генерации HLOD и HDLOD. Также обсуждается возможность быстрого обновления иерархических уровней детализации с учетом перманентных локальных изменений в трёхмерной модели, характерных для приложений совместной работы.
Об авторах
Василий Николаевич ШУТКИН
Институт системного программирования им. В.П. Иванникова РАН
Россия
Россия
Инженер ИСП РАН. Сфера научных интересов: компьютерная графика, рендеринг трехмерных сцен, полигональные упрощения, информационное моделирование в области архитектуры и строительства.
Никита Константинович МОРОЗКИН
Институт системного программирования им. В.П. Иванникова РАН
Россия
Россия
Инженер ИСП РАН. Сфера научных интересов: компьютерная графика, рендеринг трехмерных сцен, игровые движки, технологии виртуальной и смешанной реальности.
Виталий Адольфович СЕМЕНОВ
Институт системного программирования им. В.П. Иванникова РАН, Московский физико-технический институт
Россия
Россия
Доктор физико-математических наук, профессор, заведующий отделом системной интеграции и прикладных программных комплексов Института системного программирования им. В.П. Иванникова РАН. Сфера научных интересов: модельно-ориентированные технологии программной инженерии, системная интеграция, визуализация и компьютерная графика, вычислительная геометрия, информационное моделирование в области архитектуры и строительства, проектное управление и календарно-сетевое планирование.
Олег Анатольевич ТАРЛАПАН
Институт системного программирования им. В.П. Иванникова РАН, Московский физико-технический институт,
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Россия
Россия
Кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник ИСП РАН, доцент кафедры системного программирования МГУ им. М.В. Ломоносова. Сфера научных интересов: компьютерная графика и научная визуализация, системы управления базами данных, информационное моделирование в области архитектуры и строительства.
Список литературы
1. Clark J. H. Hierarchical geometric models for visible surface algorithms. Communications of the ACM. – 1976. – Т. 19. – №. 10. – С. 547-554.
2. Rossignac J., Borrel P. Multi-resolution 3D approximations for rendering complex scenes. Modeling in computer graphics: methods and applications. – Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 1993. – С. 455-465.
3. Heckbert P., Garland M. Multiresolution modeling for fast rendering. Graphics Interface. – Canadian Information Processing Society, 1994. – С. 43-43.
4. Erikson C., Manocha D., Baxter III W. V. HLODs for faster display of large static and dynamic environments. Proceedings of the 2001 symposium on Interactive 3D graphics. – 2001. – С. 111-120.
5. Varadhan G., Manocha D. Out-of-core rendering of massive geometric environments. IEEE Visualization, 2002. VIS 2002. – IEEE, 2002. – С. 69-76.
6. Lakhia A. Efficient interactive rendering of detailed models with hierarchical levels of detail. Proceedings. 2nd International Symposium on 3D Data Processing, Visualization and Transmission, 2004. 3DPVT 2004. – IEEE, 2004. – С. 275-282.
7. Семёнов В.А., Шуткин В.Н., Золотов В.А., Морозов С.В. Расширение метода иерархических уровней детализации для динамических сцен с детерминированным характером событий. Труды конференции ГрафиКон-2019, стр. 37-41, DOI: 10.30987/graphicon-2019-1-37-41.
8. Semenov V.A., Shutkin V.N., Zolotov V.A., Morozov S.V., Gonakhchyan V.I. Visualization of Large Scenes with Deterministic Dynamics. Programming and Computer Software, 2020, 46(3), pp. 223–232.
9. V. Semenov, V. Shutkin, V. Zolotov. Conservative Out-of-Core Rendering of Large Dynamic Scenes Using HDLODs. Proceedings of the 31st International Conference on Computer Graphics and Vision (GraphiCon 2021), 2021, Nizhny Novgorod, Russia, pp. 105-115, DOI:10.20948/graphicon-2021-3027-105-115.
10. Shutkin V., Semenov V., Zolotov V., Morozkin N. Alternative HDLOD method for large scenes with multiple dynamic behaviors. Proceedings of 17th International Conference on Computer Graphics, Visualization, Computer Vision and Image Processing, Porto, Portugal 16 – 18 July 2023, pp. 141-148.
11. Garland M., Heckbert P. S. Surface simplification using quadric error metrics. Proceedings of the 24th annual conference on Computer graphics and interactive techniques. – 1997. – С. 209-216.
12. Schroeder W. J., Zarge J. A., Lorensen W. E. Decimation of triangle meshes. Proceedings of the 19th annual conference on Computer graphics and interactive techniques. – 1992. – С. 65-70.
13. Low K. L., Tan T. S. Model simplification using vertex-clustering. Proceedings of the 1997 symposium on Interactive 3D graphics. – 1997. – С. 75-ff.
14. Luebke D. et al. Level of detail for 3D graphics. – Elsevier, 2002.
15. Michaud C., Mellado N., Paulin M. Mesh simplification with curvature error metric. Eurographics 2017. – 2017.
16. Liang Y., He F., Zeng X. 3D mesh simplification with feature preservation based on whale optimization algorithm and differential evolution. Integrated Computer-Aided Engineering. – 2020. – Т. 27. – №. 4. – С. 417-435.
17. Hasselgren J. et al. Appearance-Driven Automatic 3D Model Simplification. EGSR (DL). – 2021. – С. 85 -97.
18. Lindstrom P., Turk G. Image-driven simplification. ACM Transactions on Graphics (ToG). – 2000. – Т. 19. – №. 3. – С. 204-241.
19. Zhou Z., Chen K., Zhang J. Efficient 3-D scene prefetching from learning user access patterns. IEEE Transactions on Multimedia. – 2015. – Т. 17. – №. 7. – С. 1081-1095.
20. Chen J. et al. Optimally redundant, seek-time minimizing data layout for interactive rendering. The Visual Computer. – 2017. – Т. 33. – С. 139-149.
21. Peng C., Cao Y. A GPU‐based approach for massive model rendering with frame‐to‐frame coherence. Computer Graphics Forum. – Oxford, UK : Blackwell Publishing Ltd, 2012. – Т. 31. – №. 2pt2. – С. 393- 402.
22. Peng C., Cao Y. Parallel LOD for CAD model rendering with effective GPU memory usage. Computer-Aided Design and Applications. – 2016. – Т. 13. – №. 2. – С. 173-183.
23. Zhao T., Jiang J., Guo X. A Novel Quadratic Error Metric Mesh Simplification Algorithm For 3D Building Models Based On ‘Local-Vertex’ Texture Featues. The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. – 2022. – Т. 48. – С. 109-115.
24. Salinas D., Lafarge F., Alliez P. Structure‐aware mesh decimation. Computer Graphics Forum. – 2015. – Т. 34. – №. 6. – С. 211-227.
25. Li M., Nan L. Feature-preserving 3D mesh simplification for urban buildings. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing. – 2021. – Т. 173. – С. 135-150.
26. Ge Y. et al. A Novel LOD Rendering Method with Multi-level Structure Keeping Mesh Simplification and Fast Texture Alignment for Realistic 3D Models. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. – 2024.
27. Zhou S. et al. A hybrid level‐of‐detail representation for large‐scale urban scenes rendering. Computer Animation and Virtual Worlds. – 2014. – Т. 25. – №. 3-4. – С. 243-253.
28. Zhang L. et al. Web-based visualization of large 3D urban building models. International Journal of Digital Earth. – 2014. – Т. 7. – №. 1. – С. 53-67.
29. Liang J. et al. InfNeRF: Towards Infinite Scale NeRF Rendering with O (log n) Space Complexity. SIGGRAPH Asia 2024 Conference Papers. – 2024. – С. 1-11.
30. Kerbl B. et al. A hierarchical 3d gaussian representation for real-time rendering of very large datasets. ACM Transactions on Graphics (TOG). – 2024. – Т. 43. – №. 4. – С. 1-15.
31. Pečnik S., Žalik B. Real-time visualization using GPU-accelerated filtering of lidar data. World Acad. Sci., Eng. Technol., Int. J. Comput., Elect., Automat., Control Inf. Eng. – 2014. – Т. 8. – №. 12. – С. 2108- 2112.
32. Zhou Y. et al. Efficient Scene Appearance Aggregation for Level-of-Detail Rendering. arXiv preprint arXiv:2409.03761. – 2024.
33. Loubet G., Neyret F. Hybrid mesh‐volume LoDs for all‐scale pre‐filtering of complex 3D assets. Computer Graphics Forum. – 2017. – Т. 36. – №. 2. – С. 431-442.
Рецензия
Для цитирования:
ШУТКИН В.Н., МОРОЗКИН Н.К., СЕМЕНОВ В.А., ТАРЛАПАН О.А. Оптимизации генерации иерархических уровней детализации для масштабных полигональных сцен. Труды Института системного программирования РАН. 2025;37(3):311-324. https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2025-37(3)-22
For citation:
SHUTKIN V.N., MOROZKIN N.K., SEMENOV V.A., TARLAPAN O.A. Optimizations for Hierarchical Levels of Detail Generation on Large-Scale Polygonal Scenes. Proceedings of the Institute for System Programming of the RAS (Proceedings of ISP RAS). 2025;37(3):311-324. (In Russ.) https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2025-37(3)-22
Послать статью по эл. почте 