Stadio di Applicazione

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1 Stadio di Applicazione SCENE MANAGEMENT Grafica 3D in tempo reale: Realtà virtuale: refresh rate minimo 25 Hz Necessità: processare velocemente scene complesse (t frame <40 ms) HW grafico collo di bottiglia Finalità: alleggerire il carico all HW grafico Soluzione: gestire efficacemente la scena in modo da: permettere velocità nei calcoli non far arrivare alla pipeline porzioni non visibili della scena Per una gestione efficace è necessaria una struttura ben organizzata Lo SCENE GRAPH Scene

2 Scene STRUTTURA NON GERARCHICA Griglia tridimensionale equispaziata - voxel. Semplice ma inefficiente STRUTTURA GERARCHICA Complessa ma molto efficiente Necessaria una fase di pre-processing Albero o DAG Non si possono costruire cicli Scene

3 Scene INFORMAZIONI INCAPSULATE Dati geometrico - spaziali Telecamere Suoni, Luci etc. PERCHE GERARCHICO? Es. test di visibilità Partizione effettuata sull occupazione spaziale Eliminazione veloce di sottorami comunque complessi FASE DI PREPROCESSING Effettuata off-line Complessità non limitata Scene

4 Scene USO DELLA GERARCHIA Possibile decomposizione: Scena -> Oggetti Oggetti -> Parti Parti -> Poligoni Si associa un sistema di riferimento al nodo root Si associa ad ogni nodo un sistema di riferimento ed una lista di poligoni Possibile limitazione: poligoni solo per i nodi foglia. In questo caso ai nodi si associano solo: Trasformazioni geometriche Organizzazioni spaziali (Clustering) Proprietà condivise Scene

5 Strutture geometriche per lo SG BSP trees Tutto lo spazio viene ripartito Metodologia Top-Down Possibili partizioni vuote Casi particolari: k-d-tree e octree Bounding Volume Trees Bounding Volume Metologia Bottom-up Clustering Scene

6 Uso dell albero Costruzione NON avviene in real-time Attraversamento avviene in real-time: Si visitano i nodi a partire da root Si verificano le proprietà dei nodi a seconda dello scopo: Collision Detection Visibilità Etc. Albero per singolo oggetto: Nodo sub oggetti, o direttamente primitive Albero per l intera scena: Nodo puntatori alle strutture dati degli oggetti interni alla regione di spazio associata al nodo Scene

7 Octree Più semplice forma di organizzazione gerarchica dello spazio Cubo unità fondamentale Terminazione della suddivisione: Raggiungimento profondità massima Raggiungimento minimo prefissato di primitive associate Un nodo vuoto non viene suddiviso Scene

8 BSP tree Lo spazio è ripartito di volta in volta mediante un piano in due sottospazi (BSP:( Binary Space Partition) Se il piano è sempre orientato secondo la terna principale si ottiene un k-d-tree Se un k-d-tree presenta una suddivisione secondo tutti e tre gli assi principali si ottiene un octree (BSP con el.. cubici) Scene

9 Perchè un BSP tree? L octree non è la scelta migliore se la distribuzione non è uniforme Il BSP tree consente di avere una suddivisione più fitta laddove ci sia maggiore densità, più sparsa altrove L albero risultante è più bilanciato Scene

10 Bounding Volumes Hierarchy Metodologia Bottom-Up (solitamente) Si parte dagli oggetti, o da cluster di oggetti vicini Scelta dei bounding volumes Creazione di una gerarchia di bounding volumes fino al root Quale bounding volume? Bounding Spheres Bounding Boxes AABB (Axis Aligned) OBB (Oriented) Trade off Semplicità / Efficienza Scene

11 Bounding Volumes Hierarchy Vantaggi delle BVH: Ai livelli più bassi i BV si restringono nello spazio di suddivisione (gli altri schemi dividono tutto lo spazio) Facilità di aggiornamento in caso di oggetti in movimento: se cambia un BV in fondo, si ricalcolano i BV propagando i cambiamenti all indietro Approcci misti: E possibile usare approcci diversi per le suddivisioni: Inter-oggetto Intra-oggetto Scene

12 Esempi di Scene VRML Scene I nodi dello SG VRML: SHAPE Nodes (descrivono geometria) PROPERTY Nodes (modificano geometria) GROUPING Nodes (raggruppano altri nodi) SHAPE Nodes: PRIMITIVES (geometrie predefinite cubi, sfere etc.) INLINE (mesh esterne, con proprietà specificate) PROPERTY Nodes: MATERIAL (A-D-S-emissive, shininess, transparency) TEXTURE (file) TRANSFORM (translate, rotate, scale) LIGHT, VIEWPOINT, HYPERLINKS, etc. Scene

13 Esempi di Scene X3D E uno standard per la definizione di contenuti 3D Combina descrizione della geometria e behavioural modeling E il successore di VRML 97, rispetto al quale offre: SG espanso (supporta feature grafiche e architetturali avanzate) File encoding multiplo per lo stesso modello astratto Architettura più modulare, supporto a profili, definizioni + rigorose Si appoggia a vari file format (es. XML ma anche VRML97) Scene

14 Esempi di Scene IRIS PERFORMER Tool per il rendering 3D della SGI per sistemi multicanale (CAVE), disponibile come libreria. SG + API grafiche Permette istanze condivise (più genitori) -> > DAG V: Migliore gestione del Db S: Cancellazione NON indolore Necessario meccanismo di Reference Counting Nodi intermedi: trasformazioni geometriche (PFDcs( PFDcs) Nodi foglia: oggetti geometrici (PFGeode( PFGeode) Scene

15 Esempi di Scene OPEN SCENE GRAPH Scene graph open source largamente basato su IRIS Performer SG (DAG) + API grafiche (basate su OpenGl) Multipiattaforma, multilinguaggio (C++,Java,Python Python) Non supporta(va?): Multiprocessor Collision detection GUI MA, essendo open source,, esistono molte estensioni sviluppate dalla comunità di utenti Scene

16 Esempi di Scene XVR Scene