Per-pixel displacement mapping using cone tracing with correct silhouette
- 1. Université Moulay Ismail de Meknes
Description
Per-pixel displacement mapping is a texture mapping technique that adds the microrelief effect to 3D surfaces without increasing the density of their corresponding meshes. This technique relies on ray tracing algorithms to find the intersection point between the viewing ray and the microrelief stored in a 2D texture called a depth map. This intersection makes it possible to deter-mine the corresponding pixel to produce an illusion of surface displacement instead of a real one. Cone tracing is one of the per-pixel displacement map-ping techniques for real-time rendering that relies on the encoding of the empty space around each pixel of the depth map. During the preprocessing stage, this space is encoded in the form of top-opened cones and then stored in a 2D texture, and during the rendering stage, it is used to converge more quickly to the intersection point. Cone tracing technique produces satisfactory results in the case of flat surfaces, but when it comes to curved surfaces, it does not support the silhouette at the edges of the 3D mesh, that is to say, the relief merges with the surface of the object, and in this case, it will not be rendered correctly. To overcome this limitation, we have presented two new cone tracing algorithms that allow taking into consideration the curvature of the 3D surface to determine the fragments belonging to the silhouette. These two algorithms are based on a quadratic approximation of the object geometry at each vertex of the 3D mesh. The main objective of this paper is to achieve a texture mapping with a realistic appearance and at a low cost so that the rendered objects will have real and complex details that are visible on their entire surface and without modifying their geometry. Based on the ray-tracing algorithm, our contribution can be useful for current graphics card generation, since the programmable units and the frameworks associated with the new graphics cards integrate today the technology of ray tracing
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
تخطيط الإزاحة لكل بكسل هو تقنية تخطيط نسيج تضيف تأثير الإغاثة الدقيقة إلى الأسطح ثلاثية الأبعاد دون زيادة كثافة الشبكات المقابلة لها. تعتمد هذه التقنية على خوارزميات تتبع الأشعة للعثور على نقطة التقاطع بين شعاع العرض والنقوش الدقيقة المخزنة في نسيج ثنائي الأبعاد يسمى خريطة العمق. يجعل هذا التقاطع من الممكن ردع البكسل المقابل لإنتاج وهم إزاحة السطح بدلاً من إزاحة حقيقية. التتبع المخروطي هو أحد تقنيات الرسم التخطيطي للإزاحة لكل بكسل للعرض في الوقت الفعلي والذي يعتمد على ترميز المساحة الفارغة حول كل بكسل من خريطة العمق. خلال مرحلة ما قبل المعالجة، يتم ترميز هذه المساحة في شكل مخاريط مفتوحة من الأعلى ثم يتم تخزينها في نسيج ثنائي الأبعاد، وخلال مرحلة التقديم، يتم استخدامها للتقارب بسرعة أكبر إلى نقطة التقاطع. تنتج تقنية تتبع المخروط نتائج مرضية في حالة الأسطح المسطحة، ولكن عندما يتعلق الأمر بالأسطح المنحنية، فإنها لا تدعم الصورة الظلية عند حواف الشبكة ثلاثية الأبعاد، أي أن التنفيس يندمج مع سطح الكائن، وفي هذه الحالة، لن يتم تقديمه بشكل صحيح. للتغلب على هذا القيد، قدمنا خوارزميتين جديدتين لتتبع المخروط تسمحان بمراعاة انحناء السطح ثلاثي الأبعاد لتحديد الشظايا التي تنتمي إلى الصورة الظلية. تعتمد هاتان الخوارزميتان على تقريب تربيعي لهندسة الجسم عند كل رأس من الشبكة ثلاثية الأبعاد. الهدف الرئيسي من هذه الورقة هو تحقيق رسم خرائط نسيج بمظهر واقعي وبتكلفة منخفضة بحيث يكون للأشياء المقدمة تفاصيل حقيقية ومعقدة مرئية على سطحها بالكامل ودون تعديل هندستها. استنادًا إلى خوارزمية تتبع الأشعة، يمكن أن تكون مساهمتنا مفيدة لتوليد بطاقة الرسومات الحالية، نظرًا لأن الوحدات القابلة للبرمجة والأطر المرتبطة ببطاقات الرسومات الجديدة تدمج اليوم تقنية تتبع الأشعةTranslated Description (French)
Le mappage de déplacement par pixel est une technique de mappage de texture qui ajoute l'effet de microrelief aux surfaces 3D sans augmenter la densité de leurs maillages correspondants. Cette technique s'appuie sur des algorithmes de lancer de rayons pour trouver le point d'intersection entre le rayon de visualisation et le microrelief stocké dans une texture 2D appelée carte de profondeur. Cette intersection permet de déminer le pixel correspondant pour produire une illusion de déplacement de surface au lieu d'une réelle. Le traçage de cône est l'une des techniques de cartographie par déplacement par pixel pour le rendu en temps réel qui repose sur le codage de l'espace vide autour de chaque pixel de la carte de profondeur. Au cours de la phase de prétraitement, cet espace est codé sous la forme de cônes ouverts par le haut, puis stocké dans une texture 2D, et au cours de la phase de rendu, il est utilisé pour converger plus rapidement vers le point d'intersection. La technique de traçage de cône donne des résultats satisfaisants dans le cas de surfaces planes, mais lorsqu'il s'agit de surfaces courbes, elle ne supporte pas la silhouette aux bords du maillage 3D, c'est-à-dire que le relief se confond avec la surface de l'objet, et dans ce cas, il ne sera pas rendu correctement. Pour pallier cette limitation, nous avons présenté deux nouveaux algorithmes de traçage de cônes qui permettent de prendre en compte la courbure de la surface 3D pour déterminer les fragments appartenant à la silhouette. Ces deux algorithmes sont basés sur une approximation quadratique de la géométrie de l'objet à chaque sommet du maillage 3D. L'objectif principal de cet article est de réaliser une cartographie de texture avec un aspect réaliste et à faible coût afin que les objets rendus aient des détails réels et complexes visibles sur toute leur surface et sans modifier leur géométrie. Sur la base de l'algorithme de lancer de rayons, notre contribution peut être utile pour la génération actuelle de cartes graphiques, car les unités programmables et les cadres associés aux nouvelles cartes graphiques intègrent aujourd'hui la technologie du lancer de rayonsTranslated Description (Spanish)
El mapeo de desplazamiento por píxel es una técnica de mapeo de textura que añade el efecto de microrrelieve a las superficies 3D sin aumentar la densidad de sus mallas correspondientes. Esta técnica se basa en algoritmos de trazado de rayos para encontrar el punto de intersección entre el rayo de visualización y el microrrelieve almacenado en una textura 2D llamada mapa de profundidad. Esta intersección permite determinar el píxel correspondiente para producir una ilusión de desplazamiento de la superficie en lugar de uno real. El trazado de conos es una de las técnicas de mapeo de desplazamiento por píxel para el renderizado en tiempo real que se basa en la codificación del espacio vacío alrededor de cada píxel del mapa de profundidad. Durante la etapa de preprocesamiento, este espacio se codifica en forma de conos abiertos por la parte superior y luego se almacena en una textura 2D, y durante la etapa de renderizado, se utiliza para converger más rápidamente al punto de intersección. La técnica de trazo cónico produce resultados satisfactorios en el caso de superficies planas, pero cuando se trata de superficies curvas, no soporta la silueta en los bordes de la malla 3D, es decir, el relieve se funde con la superficie del objeto, y en este caso, no se renderizará correctamente. Para superar esta limitación, hemos presentado dos nuevos algoritmos de trazado de conos que permiten tener en cuenta la curvatura de la superficie 3D para determinar los fragmentos pertenecientes a la silueta. Estos dos algoritmos se basan en una aproximación cuadrática de la geometría del objeto en cada vértice de la malla 3D. El objetivo principal de este trabajo es conseguir un mapeo de texturas con un aspecto realista y a un bajo coste para que los objetos renderizados tengan detalles reales y complejos que sean visibles en toda su superficie y sin modificar su geometría. Basándonos en el algoritmo de trazado de rayos, nuestra aportación puede ser útil para la generación actual de tarjetas gráficas, ya que las unidades programables y los frameworks asociados a las nuevas tarjetas gráficas integran hoy en día la tecnología de trazado de rayosAdditional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تخطيط الإزاحة لكل بكسل باستخدام التتبع المخروطي مع صورة ظلية صحيحة
- Translated title (French)
- Cartographie de déplacement par pixel à l'aide d'un traçage de cône avec une silhouette correcte
- Translated title (Spanish)
- Mapeo de desplazamiento por píxel utilizando el trazado de conos con la silueta correcta
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4200035913
- DOI
- 10.24867/jged-2021-4-039