Towards Interactive Landscape Visualization

In dieser Dissertation stellen wir die Komponenten eines interaktiven Landschaftsvisualisierungssystems mit Schwerpunkt auf Gelände und Vegetation vor. Zuerst beschreiben wir die Datenquellen eines typischen Landschaftsvisualisierungsszenarios, in dem Geländemodell und Luftbilder aus einem Geoinformationssystem (GIS) exportiert und um Pflanzenverteilungen ergänzt werden. Dieser Teil setzt die Rahmenbedingungen für folgende Methoden, vorgestellt in Reihenfolge der Anwendung: Level-of-Detail-Stufen (LoD) für Pflanzen müssen nur ein einziges Mal pro Modell erzeugt werden, unabhängig vom jeweiligen Visualisierungsprojekt. Wir stellen eine Methode vor, die auf Linien und Ellipsoiden basiert. Mit Hilfe des Expectation-Maximization-Algorithmus auf einem Gaussian-Mixture-Model erstellen wir eine Hierarchie qualitativ hochwertiger Blatt-Cluster-Gruppen. Die Aststrukturen vereinfachen wir mit einem agglomerativen Clustering beginnend bei der höchsten Auflösung, um die Konnektivität zu erhalten. Die Vereinfachung erfolgt in einem Vorverarbeitungsschritt und erfordert keinerlei menschliche Eingriffe. Für einen Flug über und durch eine Szene aus 10 000 Bäumen erreichen wir mit unserem LoD eine Geschwindigkeit von durchschnittlich 40 ms pro Bild, was ungefähr sechs Mal schneller ist als Billboard Clouds mit vergleichbaren Bildfehlern. Als nächstes beschreiben wir, wie die räumlichen Daten eines Landschaftsvisualisierungsprojekts geladen und organisiert werden können. Wir zeigen eine konzeptionell einfache Verarbeitungskette, die Datendekompression und -synthese zur Laufzeit in einem vereinheitlichten Prozess handhabt. Als Geländedatenquellen kommen beispielsweise statische Satellitenbilder, texelweise Bildbearbeitungsschritte wie Überblendung oder auch leichtgewichtige Simulationen und Synthesen wie Texturgeneratoren in Frage. Punktdaten wie Pflanzeninstanzen und polygonale Formen wie Gebäudegrundrisse können in denselben Datenstrukturen verarbeitet werden. Die Datenquellen werden parallel in Abhängigkeitsketten ausgewertet. Aufbauend auf den sich daraus ergebenden Geländetexturen stellen wir einen auf Clipmaps basierenden Rendering-Algorithmus für sphärische Gelände vor. Wir nutzen den hohen Geometriedurchsatz aktueller Grafikkarten um große Mengen statischer Dreiecke darzustellen. Die Vertices werden dabei über Höhentexturen verschoben. Unser Hauptbeitrag ist die Abbildung der Texturkoordinaten ausgehend von den statischen Vertex-Positionen und der variablen Ansicht auf die Höhentexturen. über das Gelände zeichnen wir als nächstes die vorbereiteten LoD-Stufen der Pflanzenmodelle. Dazu nutzen wir einen Raycaster für die Linien und Ellipsoide. Wir erweitern die Ellipsoide um Rauschtexturen für Alpha-Test und Normalenvektoren. Das erhöht den Realismus, ohne Aliasing durch Subpixel- Strukturen einzuführen. Weiterhin zeigen wir wie physikalisch basiertes Shading die Wahrnehmung der Tiefenkomplexität verbessert. In einem letzten Schritt zeigen wir die Nachbearbeitung der erzeugten Bilder über Deferred Shading. Hier berechnen wir auch Schatten und atmosphärische Lichtstreuung. Anschließend an die Methodenbeschreibungen beschreiben wir das sich daraus ergebende Landschaftsvisualisierungssystem aus Benutzerperspektive. Nach einem Überblick über die Funktionen stellen wir eine Evaluierung in einer Fallstudie für Klippenerosion vor.

Author dc:creator

• Clasen, Malte

Advisor dc:contributor.advisor

• Alexa, Marc

Licence dc:rights.uri

• https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/de

Language dc:language.iso

en, English

Identifier URI

urn:nbn:de:kobv:83-opus-32579
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-3005

OAI identifier oai:identifier

oai:depositonce.tu-berlin.de:11303/3302