1. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Visualisation interactive 3D pour un ensemble de donn´ees
g´eographiques de tr`es grande taille
Le Thanh Vu
Universit´e de Pau et des Pays de l’Adour
12 Juillet 2011
1/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

2. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Contexte
Probl´ematiques
Plan
1 Introduction
Contexte
Probl´ematiques
2 Contribution
Proposition d’une architecture
Gestion de jointures
G´eomorphose
3 R´esultats et performances
Performance
Param`etres de performance et qualit´e de rendu
4 Bilan et perspectives
Bilan
Perspectives
2/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

3. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Contexte
Probl´ematiques
Contexte
L’´evolution des techniques d’acquisitions de donn´ees
apporte une augmentation consid´erable dans la r´esolution des donn´ees (25
cm de pr´ecision, plusieurs Tera-octets de donn´ees pour repr´esenter le
mod`ele num´erique de terrain (MNT) d’un relief avec LIDAR a
exemple : MNT de Pau (31km2
) de pr´ecision 1m, il nous faudra 400
´ecrans de r´esolution 1920x1200 pour visualiser image et cela g´en`ere
environ 2.000.000.000 de triangles
a. ”Light Detection and Ranging” ou t´el´ed´etection par laser
L’´evolution mat´erielle des cartes graphiques (GPU)
un parall´elisme massif (augmentation quatre fois a
dans deux ans)
la g´en´ericit´e de la programmation (GLSL b
, CUDA c
, ...)
a. GeForce 9800 GTX (2008) : 129 et GeForce GTX 580 (2010) : 513 coeurs de traitement
b. ”OpenGL Shading Language” : langage de programmation de cartes graphiques
c. ”Compute Unified Device Architecture”: utilisation un GPU pour ex´ecuter des calculs g´en´eraux
3/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

4. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Contexte
Probl´ematiques
Contexte
L’´evolution des techniques d’acquisitions de donn´ees
apporte une augmentation consid´erable dans la r´esolution des donn´ees (25
cm de pr´ecision, plusieurs Tera-octets de donn´ees pour repr´esenter le
mod`ele num´erique de terrain (MNT) d’un relief avec LIDAR a
exemple : MNT de Pau (31km2
) de pr´ecision 1m, il nous faudra 400
´ecrans de r´esolution 1920x1200 pour visualiser image et cela g´en`ere
environ 2.000.000.000 de triangles
a. ”Light Detection and Ranging” ou t´el´ed´etection par laser
L’´evolution mat´erielle des cartes graphiques (GPU)
un parall´elisme massif (augmentation quatre fois a
dans deux ans)
la g´en´ericit´e de la programmation (GLSL b
, CUDA c
, ...)
a. GeForce 9800 GTX (2008) : 129 et GeForce GTX 580 (2010) : 513 coeurs de traitement
b. ”OpenGL Shading Language” : langage de programmation de cartes graphiques
c. ”Compute Unified Device Architecture”: utilisation un GPU pour ex´ecuter des calculs g´en´eraux
3/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

5. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Contexte
Probl´ematiques
Probl´ematiques
En terme d’interactivit´e
vitesse de transfert de donn´ees
les structure de donn´ees efficaces (arbre binaire, quadtree, clipmap, mipmap)
la gestion de donn´ees hors m´emoire centrale
vitesse d’affichage en temps r´eel
la structuration des donn´ees par niveaux de d´etails
l’optimisation de m´emoire cache sur la carte graphique
En terme de qualit´e de rendu
pr´ecision de rendu par rapport aux qualit´e de donn´ees originales
effets graphiques sur une grande quantit´e d’objets
la gestion de jointure entre les patchs de maillage de terrain
la g´eomorphose
l’augmentation de la qualit´e visuelle du terrain.
4/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

6. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Contexte
Probl´ematiques
Probl´ematiques
En terme d’interactivit´e
vitesse de transfert de donn´ees
les structure de donn´ees efficaces (arbre binaire, quadtree, clipmap, mipmap)
la gestion de donn´ees hors m´emoire centrale
vitesse d’affichage en temps r´eel
la structuration des donn´ees par niveaux de d´etails
l’optimisation de m´emoire cache sur la carte graphique
En terme de qualit´e de rendu
pr´ecision de rendu par rapport aux qualit´e de donn´ees originales
effets graphiques sur une grande quantit´e d’objets
la gestion de jointure entre les patchs de maillage de terrain
la g´eomorphose
l’augmentation de la qualit´e visuelle du terrain.
4/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

7. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Contexte
Probl´ematiques
Bilan probl´ematiques
Contextes
´evolution de la taille de donn´ees
´evolution technologique des cartes graphiques
Probl´ematiques
structure de donn´ees
technique de niveau de d´etails
qualit´e de rendu
5/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

8. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Proposition d’une architecture
Gestion de jointures
G´eomorphose
Contribution
1 Introduction
Contexte
Probl´ematiques
2 Contribution
Proposition d’une architecture
Gestion de jointures
G´eomorphose
3 R´esultats et performances
Performance
Param`etres de performance et qualit´e de rendu
4 Bilan et perspectives
Bilan
Perspectives
6/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

9. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Proposition d’une architecture
Gestion de jointures
G´eomorphose
Proposition d’une architecture
Architecture g´en´erale
s´eparation de la gestion du CPU et du GPU
utilisation seulement les donn´ees rasters
chargement et affichage de donn´ees en parall`ele
7/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

10. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Proposition d’une architecture
Gestion de jointures
G´eomorphose
Proposition d’une architecture
Architecture g´en´erale
s´eparation de la gestion du CPU et du GPU
utilisation seulement les donn´ees rasters
chargement et affichage de donn´ees en parall`ele
7/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

11. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Proposition d’une architecture
Gestion de jointures
G´eomorphose
Proposition d’une architecture
Architecture g´en´erale
s´eparation de la gestion du CPU et du GPU
utilisation seulement les donn´ees rasters
chargement et affichage de donn´ees en parall`ele
7/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

12. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Proposition d’une architecture
Gestion de jointures
G´eomorphose
Proposition d’une architecture
Architecture g´en´erale
s´eparation de la gestion du CPU et du GPU
utilisation seulement les donn´ees rasters
chargement et affichage de donn´ees en parall`ele
7/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

13. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Proposition d’une architecture
Gestion de jointures
G´eomorphose
Proposition d’une architecture
Architecture g´en´erale
s´eparation de la gestion du CPU et du GPU
utilisation seulement les donn´ees rasters
chargement et affichage de donn´ees en parall`ele
7/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

14. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Proposition d’une architecture
Gestion de jointures
G´eomorphose
Proposition d’une architecture
Architecture g´en´erale
s´eparation de la gestion du CPU et du GPU
utilisation seulement les donn´ees rasters
chargement et affichage de donn´ees en parall`ele
7/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

15. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Proposition d’une architecture
Gestion de jointures
G´eomorphose
Proposition d’une architecture
Architecture g´en´erale
s´eparation de la gestion du CPU et du GPU
utilisation seulement les donn´ees rasters
chargement et affichage de donn´ees en parall`ele
7/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

16. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Proposition d’une architecture
Gestion de jointures
G´eomorphose
Gestion de niveau de d´etails hors m´emoire centrale
place occup´e en m´emoire
centrale
vitesse de parcours de l’arbre
remise `a l’´echelle pour une vue
globale
possibilit´e avoir des acc`es
parall`ele
En terme d’interactivit´e
niveaux de d´etails hors m´emoire centrale bas´e sur un quadtree
affichage seulement les blocs du quadtree appartenant au champ de vision
m´emoire cache LRU + r´ef´erences du quadtree (47% gagne de m´emoire)
maillage r´eguli`ere optimis´e imbriqu´e sur le GPU
8/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

17. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Proposition d’une architecture
Gestion de jointures
G´eomorphose
Gestion de niveau de d´etails hors m´emoire centrale
En terme d’interactivit´e
niveaux de d´etails hors m´emoire centrale bas´e sur un quadtree
affichage seulement les blocs du quadtree appartenant au champ de vision
m´emoire cache LRU + r´ef´erences du quadtree (47% gagne de m´emoire)
maillage r´eguli`ere optimis´e imbriqu´e sur le GPU
8/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

18. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Proposition d’une architecture
Gestion de jointures
G´eomorphose
Gestion de niveau de d´etails hors m´emoire centrale
En terme d’interactivit´e
niveaux de d´etails hors m´emoire centrale bas´e sur un quadtree
affichage seulement les blocs du quadtree appartenant au champ de vision
m´emoire cache LRU + r´ef´erences du quadtree (47% gagne de m´emoire)
maillage r´eguli`ere optimis´e imbriqu´e sur le GPU
8/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

19. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Proposition d’une architecture
Gestion de jointures
G´eomorphose
Gestion de niveau de d´etails hors m´emoire centrale
En terme d’interactivit´e
niveaux de d´etails hors m´emoire centrale bas´e sur un quadtree
affichage seulement les blocs du quadtree appartenant au champ de vision
m´emoire cache LRU + r´ef´erences du quadtree (47% gagne de m´emoire)
maillage r´eguli`ere optimis´e imbriqu´e sur le GPU
8/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

20. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Proposition d’une architecture
Gestion de jointures
G´eomorphose
Gestion de niveau de d´etails hors m´emoire centrale
En terme d’interactivit´e
niveaux de d´etails hors m´emoire centrale bas´e sur un quadtree
affichage seulement les blocs du quadtree appartenant au champ de vision
m´emoire cache LRU + r´ef´erences du quadtree (47% gagne de m´emoire)
maillage r´eguli`ere optimis´e imbriqu´e sur le GPU
8/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

21. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Proposition d’une architecture
Gestion de jointures
G´eomorphose
Gestion de niveau de d´etails hors m´emoire centrale
En terme d’interactivit´e
niveaux de d´etails hors m´emoire centrale bas´e sur un quadtree
affichage seulement les blocs du quadtree appartenant au champ de vision
m´emoire cache LRU + r´ef´erences du quadtree (47% gagne de m´emoire)
maillage r´eguli`ere optimis´e imbriqu´e sur le GPU
8/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

22. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Proposition d’une architecture
Gestion de jointures
G´eomorphose
Gestion de niveau de d´etails hors m´emoire centrale
En terme d’interactivit´e
niveaux de d´etails hors m´emoire centrale bas´e sur un quadtree
affichage seulement les blocs du quadtree appartenant au champ de vision
m´emoire cache LRU + r´ef´erences du quadtree (47% gagne de m´emoire)
maillage r´eguli`ere optimis´e imbriqu´e sur le GPU
8/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

23. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Proposition d’une architecture
Gestion de jointures
G´eomorphose
Gestion de niveau de d´etails hors m´emoire centrale
gain de m´emoire d’un facteur
11 par rapport `a l’utilisation
d’un maillage classique
”Geometry Instancing”fournit
au rendu plusieurs copies d’un
mˆeme maillage
En terme d’interactivit´e
niveaux de d´etails hors m´emoire centrale bas´e sur un quadtree
affichage seulement les blocs du quadtree appartenant au champ de vision
m´emoire cache LRU + r´ef´erences du quadtree (47% gagne de m´emoire)
maillage r´eguli`ere optimis´e imbriqu´e sur le GPU
8/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

24. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Proposition d’une architecture
Gestion de jointures
G´eomorphose
Quatree d’erreur m´etrique
En terme de qualit´e de rendu
subdivision adaptative du quadtree selon erreur m´etrique
gestion de jointure du maillage avec ”fonction partie enti`ere et partie
fractionnaire”
d´etails g´eom´etriques suppl´ementaires avec ”normal mapping”
9/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

25. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Proposition d’une architecture
Gestion de jointures
G´eomorphose
Quatree d’erreur m´etrique
En terme de qualit´e de rendu
subdivision adaptative du quadtree selon erreur m´etrique
gestion de jointure du maillage avec ”fonction partie enti`ere et partie
fractionnaire”
d´etails g´eom´etriques suppl´ementaires avec ”normal mapping”
9/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

26. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Proposition d’une architecture
Gestion de jointures
G´eomorphose
Quatree d’erreur m´etrique
En terme de qualit´e de rendu
subdivision adaptative du quadtree selon erreur m´etrique
gestion de jointure du maillage avec ”fonction partie enti`ere et partie
fractionnaire”
d´etails g´eom´etriques suppl´ementaires avec ”normal mapping”
9/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

27. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Proposition d’une architecture
Gestion de jointures
G´eomorphose
Quatree d’erreur m´etrique
1 taille du nœud dans l’espace
d’´ecran
2 erreur m´etrique d’un nœud dans
l’espace d’´ecran
En terme de qualit´e de rendu
subdivision adaptative du quadtree selon erreur m´etrique
gestion de jointure du maillage avec ”fonction partie enti`ere et partie
fractionnaire”
d´etails g´eom´etriques suppl´ementaires avec ”normal mapping”
9/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

28. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Proposition d’une architecture
Gestion de jointures
G´eomorphose
Quatree d’erreur m´etrique
1 taille du nœud dans l’espace
d’´ecran
2 erreur m´etrique d’un nœud dans
l’espace d’´ecran
En terme de qualit´e de rendu
subdivision adaptative du quadtree selon erreur m´etrique
gestion de jointure du maillage avec ”fonction partie enti`ere et partie
fractionnaire”
d´etails g´eom´etriques suppl´ementaires avec ”normal mapping”
9/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

29. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Proposition d’une architecture
Gestion de jointures
G´eomorphose
Quatree d’erreur m´etrique
En terme de qualit´e de rendu
subdivision adaptative du quadtree selon erreur m´etrique
gestion de jointure du maillage avec ”fonction partie enti`ere et partie
fractionnaire”
d´etails g´eom´etriques suppl´ementaires avec ”normal mapping”
9/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

30. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Proposition d’une architecture
Gestion de jointures
G´eomorphose
Quatree d’erreur m´etrique
En terme de qualit´e de rendu
subdivision adaptative du quadtree selon erreur m´etrique
gestion de jointure du maillage avec ”fonction partie enti`ere et partie
fractionnaire”
d´etails g´eom´etriques suppl´ementaires avec ”normal mapping”
9/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

31. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Proposition d’une architecture
Gestion de jointures
G´eomorphose
Quatree d’erreur m´etrique
TOP (floor)
BOTTOM (ceilling)
pas de maillage suppl´ementaire
effectuer directement sur le
GPU au moment du rendu
En terme de qualit´e de rendu
subdivision adaptative du quadtree selon erreur m´etrique
gestion de jointure du maillage avec ”fonction partie enti`ere et partie
fractionnaire”
d´etails g´eom´etriques suppl´ementaires avec ”normal mapping”
9/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

32. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Proposition d’une architecture
Gestion de jointures
G´eomorphose
Quatree d’erreur m´etrique
n vecteurs normaux g´en´er´es `a la vol´e
effectuer directement sur le GPU au
moment du rendu
utilisation 4 ”texture fetch”
En terme de qualit´e de rendu
subdivision adaptative du quadtree selon erreur m´etrique
gestion de jointure du maillage avec ”fonction partie enti`ere et partie
fractionnaire”
d´etails g´eom´etriques suppl´ementaires avec ”normal mapping”
9/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

33. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Proposition d’une architecture
Gestion de jointures
G´eomorphose
Quatree d’erreur m´etrique
En terme de qualit´e de rendu
subdivision adaptative du quadtree selon erreur m´etrique
gestion de jointure du maillage avec ”fonction partie enti`ere et partie
fractionnaire”
d´etails g´eom´etriques suppl´ementaires avec ”normal mapping”
9/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

34. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Proposition d’une architecture
Gestion de jointures
G´eomorphose
G´eomorphose
G´eomorphose
transition brusque entre les blocs g´en`ere l’art´efact ”popping”
morphose avec une structure hi´erarchique rel`eve les contraintes : ”morph
down”(`a gauche) et ”morph up”(`a droite)
l’´evolution du coefficient de morphose durant le temps garantit une
transition douche entre les diff´erentes versions de maillages
10/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

35. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Proposition d’une architecture
Gestion de jointures
G´eomorphose
G´eomorphose
G´eomorphose
transition brusque entre les blocs g´en`ere l’art´efact ”popping”
morphose avec une structure hi´erarchique rel`eve les contraintes : ”morph
down”(`a gauche) et ”morph up”(`a droite)
l’´evolution du coefficient de morphose durant le temps garantit une
transition douche entre les diff´erentes versions de maillages
10/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

36. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Proposition d’une architecture
Gestion de jointures
G´eomorphose
G´eomorphose
G´eomorphose
transition brusque entre les blocs g´en`ere l’art´efact ”popping”
morphose avec une structure hi´erarchique rel`eve les contraintes : ”morph
down”(`a gauche) et ”morph up”(`a droite)
l’´evolution du coefficient de morphose durant le temps garantit une
transition douche entre les diff´erentes versions de maillages
10/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

37. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Performance
Param`etres de performance et qualit´e de rendu
R´esultats et performances
1 Introduction
Contexte
Probl´ematiques
2 Contribution
Proposition d’une architecture
Gestion de jointures
G´eomorphose
3 R´esultats et performances
Performance
Param`etres de performance et qualit´e de rendu
4 Bilan et perspectives
Bilan
Perspectives
11/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

38. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Performance
Param`etres de performance et qualit´e de rendu
Performance
Performance
Lindstrom et al[LP01], Losasso et al. [LH04] et Cignoni et al [CGG+
03]
obtiennent 21, 59 et 65 M /sec. Notre m´ethode donne 45 M /sec
Strugar[Str09] donne environ 1200 FPS. Nous obtenons environ 400 FPS
[LH04] Notre m´ethode
12/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

39. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Performance
Param`etres de performance et qualit´e de rendu
Performance
Qualit´e d’affichage
Dick et al. [DSW09] obtient entre 100 et 250 FPS et lanc´e de rayon
[DKW09] donne entre 25 et 35 FPS. Nous obtiendrons 280 FPS
[DSW09] Notre m´ethode
12/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

40. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Performance
Param`etres de performance et qualit´e de rendu
Jeux de donn´ees
Ratcliff
dimension - pr´ecision : 4096 x 4096 - 25m
nature : relativement bossel´e avec une amplitude moyenne
13/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

41. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Performance
Param`etres de performance et qualit´e de rendu
Jeux de donn´ees
Afrique
dimension - pr´ecision : 36000 x 52000 - 50m
nature : relativement plat avec quelques r´egions bossel´es d’amplitude faible
13/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

42. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Performance
Param`etres de performance et qualit´e de rendu
Jeux de donn´ees
Autriche
dimension - pr´ecision : 16385 x 16385 - 1m
nature : tr`es haute pr´ecision et tr`es bossel´e avec une grande amplitude
13/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

43. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Performance
Param`etres de performance et qualit´e de rendu
Jeux de donn´ees
Propri´et´es
dimension - pr´ecision : 16385 x 16385 - 10m
nature : une grande r´egion plat, une autre partie contient des montagnes
de hauteurs moyens et une tr`es bossel´ee
13/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

44. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Performance
Param`etres de performance et qualit´e de rendu
Nature du terrain
0
50
100
150
200
250
300
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000
FPS
Frame
Affrique Autriche Pudget Ratcliff
14/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

45. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Performance
Param`etres de performance et qualit´e de rendu
R´esolution du terrain
0
50
100
150
200
250
300
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000
FPS
Frame
1024 x 1024
2048 x 2048
4096 x 4096
8192 x 8192
16384 x 16384
15/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

46. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Performance
Param`etres de performance et qualit´e de rendu
Nombre de triangles du maillage
0
50
100
150
200
250
300
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000
FPS
Frame
512 2048 8192 32768
16/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

47. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Performance
Param`etres de performance et qualit´e de rendu
R´esolution d’´ecran
0
50
100
150
200
250
300
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000
FPS
Frame
320 x 200
800 x 480
1024 x 600
1280 x 768
1920 x 1080
17/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

48. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Performance
Param`etres de performance et qualit´e de rendu
Erreur m´etrique tol´er´ee
0
20
40
60
80
100
120
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000
FPS
Frame
5 7 9 11
18/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

49. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Performance
Param`etres de performance et qualit´e de rendu
Geomorphose
0
50
100
150
200
250
300
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000
FPS
Frame
Sans géomorphose Avec géomorphose
19/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

50. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Performance
Param`etres de performance et qualit´e de rendu
Contrˆoler FPS
90
100
110
120
130
140
150
4 6 8 10 12 14 16
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
FPS
Numberofrenderedchunks
Time step
FPS with control
Number of chunks with control
FPS without control
Number of chunks without control
20/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

51. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Performance
Param`etres de performance et qualit´e de rendu
Synth`ese de performances
profondeur du quadtree
nature du terrain (bossel´ee ou peu bossel´ee)
qualit´e et performance par erreur m´etrique
geomorphose peu coˆuteuse
possibilit´e de contrˆoler la performance d’affichage
21/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

52. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Bilan
Perspectives
Bilan et perspectives
1 Introduction
Contexte
Probl´ematiques
2 Contribution
Proposition d’une architecture
Gestion de jointures
G´eomorphose
3 R´esultats et performances
Performance
Param`etres de performance et qualit´e de rendu
4 Bilan et perspectives
Bilan
Perspectives
22/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

53. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Bilan
Perspectives
Architecture globale
Architecture simple et efficace
niveaux de d´etails bas´es sur un quadtree
pr´ecision de la g´eom´etrie et de la couleur au niveau pixel grˆace `a un choix
judicieux de crit`eres de subdivision
chargement des donn´ees raster effectu´e par un thread en parall`ele
m´emoire cache de type LRU modifi´ee
utilisation seulement les donn´ees bitmap pour envoyer `a la carte graphique
23/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

54. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Bilan
Perspectives
Architecture globale
Architecture simple et efficace
niveaux de d´etails bas´es sur un quadtree
pr´ecision de la g´eom´etrie et de la couleur au niveau pixel grˆace `a un choix
judicieux de crit`eres de subdivision
chargement des donn´ees raster effectu´e par un thread en parall`ele
m´emoire cache de type LRU modifi´ee
utilisation seulement les donn´ees bitmap pour envoyer `a la carte graphique
23/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

55. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Bilan
Perspectives
Architecture globale
Architecture simple et efficace
niveaux de d´etails bas´es sur un quadtree
pr´ecision de la g´eom´etrie et de la couleur au niveau pixel grˆace `a un choix
judicieux de crit`eres de subdivision
chargement des donn´ees raster effectu´e par un thread en parall`ele
m´emoire cache de type LRU modifi´ee
utilisation seulement les donn´ees bitmap pour envoyer `a la carte graphique
23/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

56. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Bilan
Perspectives
Architecture globale
Architecture simple et efficace
niveaux de d´etails bas´es sur un quadtree
pr´ecision de la g´eom´etrie et de la couleur au niveau pixel grˆace `a un choix
judicieux de crit`eres de subdivision
chargement des donn´ees raster effectu´e par un thread en parall`ele
m´emoire cache de type LRU modifi´ee (47% gain de m´emoire)
utilisation seulement les donn´ees bitmap pour envoyer `a la carte graphique
23/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

57. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Bilan
Perspectives
Architecture globale
Architecture simple et efficace
niveaux de d´etails bas´es sur un quadtree
pr´ecision de la g´eom´etrie et de la couleur au niveau pixel grˆace `a un choix
judicieux de crit`eres de subdivision
chargement des donn´ees raster effectu´e par un thread en parall`ele
m´emoire cache de type LRU modifi´ee
utilisation seulement les donn´ees bitmap pour envoyer `a la carte graphique
23/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

58. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Bilan
Perspectives
Rendu ind´ependant de chaque nœud sur le GPU
Individuellement et enti`erement sur la carte graphique
utilisation d’une grille de maillage imbriqu´ee sur la carte graphique pour
repr´esenter les maillages de tous les blocs du terrain (gain facteur de 11 de
m´emoire par rapport un maillage 3D classique)
d´etails g´eom´etriques ajout´es par l’utilisation de la technique ”normal
mapping”avec les vecteurs normaux calcul´ees `a la vol´ee
art´efacts sur la jointure entre la fronti`ere des blocs de quadtree sont
enlev´es les fonctions partie enti`ere et partie fractionnaire
24/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

59. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Bilan
Perspectives
Rendu ind´ependant de chaque nœud sur le GPU
Individuellement et enti`erement sur la carte graphique
utilisation d’une grille de maillage imbriqu´ee sur la carte graphique pour
repr´esenter les maillages de tous les blocs du terrain (gain facteur de 11 de
m´emoire par rapport un maillage 3D classique)
d´etails g´eom´etriques ajout´es par l’utilisation de la technique ”normal
mapping”avec les vecteurs normaux calcul´ees `a la vol´ee
art´efacts sur la jointure entre la fronti`ere des blocs de quadtree sont
enlev´es les fonctions partie enti`ere et partie fractionnaire
24/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

60. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Bilan
Perspectives
Rendu ind´ependant de chaque nœud sur le GPU
Individuellement et enti`erement sur la carte graphique
utilisation d’une grille de maillage imbriqu´ee sur la carte graphique pour
repr´esenter les maillages de tous les blocs du terrain (gain facteur de 11 de
m´emoire par rapport un maillage 3D classique)
d´etails g´eom´etriques ajout´es par l’utilisation de la technique ”normal
mapping”avec les vecteurs normaux calcul´ees `a la vol´ee
art´efacts sur la jointure entre la fronti`ere des blocs de quadtree sont
enlev´es les fonctions partie enti`ere et partie fractionnaire
24/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

61. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Bilan
Perspectives
Geomorphose
Geomorphose bien adapt´ee avec notre structure de donn´ees
nous d´eterminons d’abord la direction de morphose de chaque nœud puis
modifions la valeur du coefficient de morphose
maillage de type grille r´eguli`ere permet d’avoir une transformation simple
et efficace vers des diff´erentes version de pr´ecision
la geomorphose effectu´ee sur la carte graphique avec le coefficient de
morphose et ceux des nœuds voisins
25/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

62. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Bilan
Perspectives
Geomorphose
Geomorphose bien adapt´ee avec notre structure de donn´ees
nous d´eterminons d’abord la direction de morphose de chaque nœud puis
modifions la valeur du coefficient de morphose
maillage de type grille r´eguli`ere permet d’avoir une transformation simple
et efficace vers des diff´erentes version de pr´ecision
la geomorphose effectu´ee sur la carte graphique avec le coefficient de
morphose et ceux des nœuds voisins
25/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

63. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Bilan
Perspectives
Geomorphose
Geomorphose bien adapt´ee avec notre structure de donn´ees
nous d´eterminons d’abord la direction de morphose de chaque nœud puis
modifions la valeur du coefficient de morphose
maillage de type grille r´eguli`ere permet d’avoir une transformation simple
et efficace vers des diff´erentes version de pr´ecision
la geomorphose effectu´ee sur la carte graphique avec le coefficient de
morphose et ceux des nœuds voisins
25/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

64. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Bilan
Perspectives
Perspectives
Nombreuses perspectives possibles
1 l’utilisation du quadtree a une limite qui est la profondeur du quadtree
2 dans la domaine g´eophysique, plusieurs couches de terrains sont
manipul´ees en mˆeme temps
3 les donn´ees vectorielles volumineuses (routes, rivi`eres, bˆatiments ...)
sont repr´esent´ees de mani`eres diff´erentes que le terrain
Visualisation des donn´ees vectorielles
1 techniques bas´es sur la g´eom´etrique (maillages suppl´ementaires)
2 techniques bas´es sur le placage de texture (qualit´e de rendu de tr`es pr`es)
26/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

65. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Bilan
Perspectives
Perspectives
Nombreuses perspectives possibles
1 l’utilisation du quadtree a une limite qui est la profondeur du quadtree
2 dans la domaine g´eophysique, plusieurs couches de terrains sont
manipul´ees en mˆeme temps
3 les donn´ees vectorielles volumineuses (routes, rivi`eres, bˆatiments ...)
sont repr´esent´ees de mani`eres diff´erentes que le terrain
Visualisation des donn´ees vectorielles
1 techniques bas´es sur la g´eom´etrique (maillages suppl´ementaires)
2 techniques bas´es sur le placage de texture (qualit´e de rendu de tr`es pr`es)
26/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

66. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Bilan
Perspectives
Perspectives
Nombreuses perspectives possibles
1 l’utilisation du quadtree a une limite qui est la profondeur du quadtree
2 dans la domaine g´eophysique, plusieurs couches de terrains sont
manipul´ees en mˆeme temps
3 les donn´ees vectorielles volumineuses (routes, rivi`eres, bˆatiments ...)
sont repr´esent´ees de mani`eres diff´erentes que le terrain
Visualisation des donn´ees vectorielles
1 techniques bas´es sur la g´eom´etrique (maillages suppl´ementaires)
2 techniques bas´es sur le placage de texture (qualit´e de rendu de tr`es pr`es)
26/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

67. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Bilan
Perspectives
Perspectives
Nombreuses perspectives possibles
1 l’utilisation du quadtree a une limite qui est la profondeur du quadtree
2 dans la domaine g´eophysique, plusieurs couches de terrains sont
manipul´ees en mˆeme temps
3 les donn´ees vectorielles volumineuses (routes, rivi`eres, bˆatiments ...)
sont repr´esent´ees de mani`eres diff´erentes que le terrain
Visualisation des donn´ees vectorielles
1 techniques bas´es sur la g´eom´etrique (maillages suppl´ementaires)
2 techniques bas´es sur le placage de texture (qualit´e de rendu de tr`es pr`es)
26/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

68. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Bilan
Perspectives
Merci de votre attention
Merci de votre attention.
27/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

69. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Bilan
Perspectives
A. Asirvatham and H. Hoppe.
Terrain rendering using GPU-based geometry clipmaps.
GPU Gems, 2 :27–45, 2005.
Paolo Cignoni, Fabio Ganovelli, Enrico Gobbetti, Fabio Marton, Federico
Ponchio, and Roberto Scopigno.
Planet-sized batched dynamic adaptive meshes (p-bdam).
Visualization Conference, IEEE, 0 :20, 2003.
W.H. De Boer.
Fast terrain rendering using geometrical mipmapping.
Unpublished paper, available at
http: // www. flipcode. com/ articles/ articlegeomipmaps. pdf ,
2000.
C. Dick, J. Kruger, and R. Westermann.
GPU ray-casting for scalable terrain rendering.
Proc. Eurographics 2009–Areas Papers, 2009.
C. Dick, J. Schneider, and R. Westermann.
Efficient geometry compression for GPU-based decoding in realtime terrain
rendering.
27/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

70. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Bilan
Perspectives
In Computer Graphics Forum, volume 28, pages 67–83. John Wiley &
Sons, 2009.
M. Duchaineau, M. Wolinsky, D.E. Sigeti, M.C. Miller, C. Aldrich, and
M.B. Mineev-Weinstein.
ROAMing terrain : Real-time optimally adapting meshes.
In Visualization ’97, Proceedings, pages 81–88, 1997.
Hugues Hoppe.
Progressive meshes.
In Proceedings of the 23rd annual conference on Computer graphics and
interactive techniques, pages 99–108. ACM, 1996.
H. Hoppe.
View-dependent refinement of progressive meshes.
In Proceedings of the 24th annual conference on Computer graphics and
interactive techniques, pages 189–198. ACM Press/Addison-Wesley
Publishing Co., 1997.
Frank Losasso and Hugues Hoppe.
Geometry clipmaps : terrain rendering using nested regular grids.
ACM Trans. Graph., 23 :769–776, 2004.
Peter Lindstrom and Valerio Pascucci.
27/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain

71. Introduction
Contribution
R´esultats et performances
Bilan et perspectives
Bilan
Perspectives
Visualization of large terrains made easy.
In Proceedings of the conference on Visualization ’01, VIS ’01, pages
363–371, Washington, DC, USA, 2001. IEEE Computer Society.
Renato Pajarola.
Large scale terrain visualization using the restricted quadtree triangulation.
Visualization Conference, IEEE, 0 :19, 1998.
Stefan Roettger, Wolfgang Heidrich, Philipp Slusallek, and Hans-Peter
Seidel.
Real-Time generation of continuous levels of detail for height fields.
Proc. WSCG-98, pages 315–322, 1998.
Filip Strugar.
Continuous distance-dependent level of detail for rendering heightmaps.
journal of graphics, gpu, and game tools, 14(4) :57–74, 2009.
Ulrich Thatcher.
Rendering massive terrains using chunked level of detail control.
SIGGRAPH Course Notes, 3(5), 2002.
27/27 Le Thanh Vu Visualisation interactive 3D du terrain