Üç Boyutlu Sahnelerin Dörtyüzlü Örgüler ile Görselleştirilmesi

Proje Özeti

Üç boyutlu sahnelerin hızlı ve doğru görselleştirilmesini amaçlayan bir çerçeve çalışma öngörülmektedir. Mevcut popüler görselleştirilme tekniklerinden farklı olarak önerilen yöntemdeki görselleştirme tekniği, sahnedeki üç boyutlu nesneler arasında oluşturulan dörtyüzlü örgüyü kullanarak çalışacaktır.

Bilgisayar destekli görselleştirme, başta mimari, bilimsel, askeri ve eğlence alanlarında olmak üzere birçok alanda kullanılmaktadır. Gerçekçi görselleştirme yöntemlerinin hesaplama maliyeti yüksektir. Bu sebeple, karmaşık üç boyutlu sahnelerin gerçekçi olarak görselleştirilmesi uzun hesaplama zamanı almaktadır. Görselleştirme yöntemlerinin performansını arttırmanın çeşitli faydalar vardır. Bunlar şu şekilde özetlenebilir. (i) Tasarım yapan sanatçılar, oluşturdukları sahnenin görselleştirilmiş halini daha kısa sürede görüntüleyip, geri-bildirim alabilir. Bu da tasarım süresini ve maliyetini düşürmektedir. (ii) Yeterince hızlı çalışan bir görselleştirme sistemi gerçek zamanlı uygulamalarda kullanılabilir. Bu tarz gerçek zamanlı uygulamalar askeri uygulamalarda ve eğlence sektöründe büyük önem taşımaktadır. (iii) Gerçek zamanlı çalışmakta olan uygulamalarda görselleştirme hızı arttığında aynı sürede daha fazla detay ve daha gerçekçi görseller sunulabilmektedir. (iv) Daha hızlı çalışan bir sistemde, yapılan iş başına tüketilen enerji genellikle daha az olduğundan ekonomik olarak bir kazanç sağlanmaktadır.

Önerdiğimiz proje dörtyüzlü örgülerin görselleştirme için bir hızlandırma yapısı olarak kullanılmasını esas almaktadır. Görselleştirme için kullanılan ışın izleme, sahnedeki nesnelerin arasındaki boşlukta oluşturulan dörtyüzlü örgü üzerinde yapılacaktır (bkz. Şekil 1). Dörtyüzlü örgüler sahne geometrisi ile uyumlu olup aynı zamanda belli bazı deformasyonlar için tekrar baştan oluşturulmalarına gerek duyulmamaktadır. Bu özelliklerinden dolayı literatürde alternatif bir hızlandırma yapısı olarak yer edinmiş, fakat ilgili ışın izleme yöntemlerinin yavaş olması ve dörtyüzlü örgünün güncellenmesinin zor olması, bu yapının güçlü bir alternatif olmasını engellemiştir. Bu projede, dörtyüzlü örgülerin mevcut sorunlarını ele alıp, çok daha hızlı ve genel amaçlı bir görselleştirme sistemi için kullanılabilir hale getirilmesi amaçlanmaktadır. Işın-dörtyüzlü kesişimini hızlandırmak amacıyla ışın ve dörtyüzlünün iki boyuta izdüşümü üzerinde çalışılacaktır (bkz. Şekil 2).


Figure 1: Işın izleme sahnedeki nesnelerin arasındaki boşlukta oluşturulan dörtyüzlü örgü üzerinde yapılacaktır (Lagae A. and Dutre P., “Accelerating Ray Tracing Using Constrained Tetrahedralizations,” Computer Graphics Forum, vol. 27, no. 4, pp. 1303–1312, 2008).


Figure 2: Işın dörtyüzlü kesişimi. Işın ve dörtyüzlü (solda); dörtyüzlünün ışının koordinat sistemine taşınması (z ekseni ışının yönü ile çakışacak şekilde) (orta); ışın ve dörtyüzlünün hesaplama zamanını azaltmak amacıyla iki boyuta izdüşümü (sağda).

Proje kapsamında dörtyüzlü örgüler ve görselleştirme üzerine araştırma ve geliştirme yapılacaktır. Hızlı ve isabetli bir dörtyüzlü gezinti yöntemi ve ışınları paketler halinde izleyecek ışın izleme yöntemi geliştirilecektir. Bu hızlandırılmış yöntemlerle küresel ışıklandırma yöntemlerinin performansının arttırılması amaçlanacaktır. Bahsedilen yöntemler hem Merkezi İşlemci Ünitesi (CPU), hem de Grafik İşlemci Ünitesi (GPU) için paralelleştirilecek, önemli bir hız artışı sağlayabilmek adına verimli veri yapıları ve yerleşimleri üzerinde araştırmalar gerçekleştirilecektir. Dörtyüzlü örgülerin dinamik sahnelerde güncellenmesi için çalışmalar yapılacaktır. Dörtyüzlü örgülerin görselleştirme amaçlı kullanılması için sahnedeki noktaların görsel özelliklerinin korunmasını amaçlayan yöntemler geliştirilecektir. Geliştirilen bu yöntemlerle birlikte literatürdeki en iyi yöntemler kodlanıp, karşılaştırmalı hesaplama performans testleri yapılacaktır. Tüm bu görselleştirme tekniklerinin kolayca kullanılmasına olanak sağlayacak, kullanıcı dostu bir arayüze sahip olan bir sistem geliştirilecektir. Son olarak, bu sistemin herhangi bir üç boyutlu model ile çalışabilmesi için üç boyutlu modellerdeki örgü hatalarını tespit edip tamir eden bir bileşen geliştirilerek bahsedilen sisteme entegre edilecektir.

Geliştirilecek olan bu sistem, hızlı bir görselleştirme yöntemi kullanması, dinamik sahneleri desteklemesi, genel amaçlı görselleştirme yöntemlerini desteklemesi, ve tüm bunları kullanıcı dostu bir arayüzle sunacak olması açısından özgün bir çalışma olacaktır.

Proje kapsamında belirlenen hedeflerin gerçekleşmesi durumunda hızlı çalışan görselleştirme teknikleri ve bunları içeren kullanıcı dostu bir görselleştirme sistemi geliştirilmiş olacaktır. Bu sistem eğlence endüstrisi ve savunma sanayii gibi çeşitli uygulama alanlarında çalışan araştırmacılar, uygulama geliştiriciler ve içerik geliştiriciler için faydalı bir sistem olacaktır. Ayrıca, geliştirilecek olan algoritmalar ve yöntemler, bilgisayar grafiği ve görselleştirme alanlarında prestijli uluslararası hakemli dergi ve konferanslarda bilimsel yayınlar üretilmesine olanak sağlayacaktır.