Lapped Solid Textures: Filling a Model with Anisotropic Textures The University of Tokyo Takashi Ijiri Takeo Igarashi Kenshi Takayama Makoto Okabe

Osnova  Úvod  Motivace  Jiné přístupy  Důležité pojmy  Lapped solid textures (LST)  Klasifikace 3D textur  Příprava textur  Generování modelu s LST  Vykreslování modelu s LST  Shrnutí  Výsledky  Nedostatky metody

Motivace  Chceme reprezentovat objemová data  Uchovávání celé voxelové mapy vyžaduje vekou paměťovou kapacitu, vykreslování voxelů je časově náročné  Textury mnoha objektů jsou pravidelné – ve 2D umíme povrch pokrýt opakovaným pokládáním malého vzorku pravidelné textury

Jiné přístupy k vytváření 3D textur  Procedurální textury  generované algoritmem  návrh algoritmu je složitý  Metody syntézy z 2D průřezů  uživatel dodá 2D obrázky referenčních průřezů  problémy s konzistencí mezi jednotlivými průřezy  problémy s nespojitostmi a detaily (např. jadérka melounu)  Tyto přístupy vytvářejí voxelovou mapu  mapa voxel za voxelem pokrývá celý objekt  výpočetně i paměťově náročné  složité počítání orientace textury v závislosti na geometrii

Důležité pojmy  Izotropie, anizotropie  Gradient  Tenzorové pole  sada tří ortogonálních vektorových polí  Tetrahedralizace  Lapped Solid Texture (LST)

Lapped Solid Textures (LST)  Idea: model pokryjeme vzorky 3D textury podobně, jako při pokrývání 2D povrchu vzorky ploché textury  Jak model s LST uchovávat a zobrazovat?  je potřeba obejít se bez voxelové mapy celého objektu  Jak připravovat textury a jak je na model mapovat?  model se při vytváření pokryje tenzorovým polem, které bude určovat orientaci a měřítko vzorků textury  vytváření tohoto pole by mělo být dostatečně snadné a intuitivní  Jak podle tenzorového pole rozmístit vzorky textury?  je potřeba, aby byl pokryt celý objekt a nevznikaly příliš výrazné artefakty

Uchovávání modelu s LST  Původní model je polygonální  Tetrahedralizací se převede na prostorovou síť čtyřstěnů  čtyřstěny musí být tak malé, aby mohly být snadno pokryty jednotlivými vzorky textury  V každém vrcholu jsou uchovávány informace o tom, které souřadnice vzorků mu příslušejí  Společně s touto informací je ukládána i orientace vzorků v každém vrcholu

Klasifikace 3D textur  Textury jsou rozlišovány podle dvou kritérií  úroveň anizotropie  míra variace

Příprava textur typu 0  Izotropické textury (molitan, beton)  Uživatel pouze určí měřítko v jednotlivých místech  Orientace vzorků je v každém bodě zcela náhodná

Příprava textur typu 1a  Pravidelné vláknité struktury (bambus, sval)  Uživatel vede modelem tahy, které určí primární orientaci tenzorového pole (směr vláken)  Poté uživatel určí měřítko v jednotlivých místech  Sekundární orientace tenzorového pole je v každém bodě náhodná  vzorky budou náhodně natočeny v rovině kolmé na směr vláken

Příprava textur typu 1b  Pravidelné hloubkově závislé textury (meloun, dort)  Uživatel vytvoří hloubkovou mapu  povrch tělesa: červená  střed tělesa: modrá  Měřítko a primární orientace tenzorového pole jsou určeny z gradientu hloubky, sekundární opět náhodně

Příprava textur typu 2a  Nepravidelné (zploštělé) vláknité struktury  Uživatel nejprve vytvoří hloubkovou mapu jako u typu 1b  podle hloubky se určí primární orientace tenzorového pole  Poté do jednotlivých vrstev zakreslí lokální směr vláken  tyto tahy určí sekundární orientaci pole v jednotlivých vrstvách  Nakonec opět určí měřítko v jednotlivých místech

Příprava textur typu 2b  Nepravidelné hloubkově závislé textury (kiwi, strom)  Orientace tenzorového pole je určena podle gradientu hloubky a sekundárních tahů v jednotlivých vrstvách  podobně jako u textur typu 2a  Měřítko v jednotlivých místech je určeno podle gradientu  podobně jako u textur typu 1b

Rozmístění vzorků textury  Po vytvoření tenzorového pole je potřeba rozmístit vzorky trextury do jednotlivých skupin čtyřstěnů  Vzorky jsou v každém místě orientovány podle tenzorového pole  Mezi vzorky by neměly být viditelné hranice  Je potřeba pokrýt vzorky textury celý model

Odstranění viditelných hranic  Podobně jako v případě 2D textur  Hranice mezi vzorky jsou rozmazány použitím nepravidelné 3D alfa masky  může vést ke vzniku artefaktů u textur s výraznou strukturou  Pro hloubkově závislé textury jsou potřeba tři masky  povrch  vnitřní vrstva  střed

Pokrytí celého modelu  Náhodně se zvolí počáteční čtyřstěn  Do jeho středu se umístí vzorek textury, orientovaný podle příslušného tenzoru  K počátečnímu čtyřstěnu se postupně přidávají sousední čtyřstěny a tvoří shluk – čtyřstěn je přidán:  pokud do něj zpracovávaný vzorek textury zasahuje, a zároveň  pokud se jeho tenzor příliš neliší od tenzoru počátečního  Pro každý vrchol se udržuje seznam vzorků, které do něj zasahují  Plně otexturované čtyřstěny jsou vyřazeny ze zpracování a postup se opakuje

Test pokrytí čtyřstěnu  Ve čtyřstěnu uvažujeme diskrétní síť bodů  Zjistíme, kolik textury se z jednotlivých vzorků naakumulovalo v každém bodu  Pokud je každý bod 100% pokryt texturou, prohlásíme čtyřstěn za pokrytý

Ruční vkládání vzorků  Pro dodatečné vkládání detailů (melounová jadérka)  Uživatel manuálně vloží do modelu další textury a určí jejich orientaci a měřítko

Renderování modelu s LST  Vezmeme síť tvořenou povrchovými trojúhelníky modelu  Každému z vrcholů přísluší seznam vzorků textury  Každý trojúhelník je vykreslen několikrát, s texturami z příslušných seznamů  Textury se skládají alfa-mícháním

Výsledky čtyřstěnypříprava [s]vyplnění [s]řez [ms]velikost [MB] kiwi ,1 mrkev ,1 strom ,2

čtyřstěnypříprava [s]vyplnění [s]řez [ms]velikost [MB] meloun ,0 země ,4 dort ,5 Výsledky

Nedostatky metody  Poloprůhledné materiály  Textury s výraznou strukturou  rozmazání  nepřesné navazování vzorků

Použité zdroje  Kenshi Takayama, Makoto Okabe, Takashi Ijiri, Takeo Igarashi. Lapped Solid Textures: Filling a Model with Anisotropic Textures. In ACM Transactions on Graphics 2008 [URL: cit ].  Hang Si. TetGen, A Quality Tetrahedral Mesh Generator and Three- Dimensional Delaunay Triangulator. [URL: cit ].