Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Dynamisch veranderende objecten worden gebruikt in bijna alle toepassingen van computergrafiek. Ingewikkelde algoritmes worden bijgevolg voorgesteld om de vorm en het uitzicht van virtuele 3D objecten aan te passen. De complexiteit van het veranderde object moet echter overeenkomen met de toenemende vraag naar meer en meer realisme. In dit eindwerk worden puntprimitieven gebruikt voor het voorstellen van zulke dynamische 3D objecten. Er wordt aangetoond dat de afwezigheid van expliciete connectiviteit tussen de naburige punten grote voordelen heeft voor het werken met dynamische objecten. Er worden aangepaste datastructuren en erbemonsteringsalgoritmes voorgesteld voor het puntgebaseerd modelleren, simuleren en visualiseren van dynamische objecten. In het eerste deel van dit eindwerk worden modelleringsalgoritmes uitgewerkt om interactief de geometrie en het uitzicht van puntgebaseerde oppervlakken te wijzigen. Er wordt een efficiënte datastructuur geïntroduceerd voor het berekenen van de unie, het verschil en de doorsnede van twee objecten. Daarnaast wordt een schildertoepassing waarmee het mogelijk is om interactief willekeurige niveaus van detail aan te brengen op een puntgebaseerd oppervlak voorgesteld. Adaptieve herbemonstering zorgt voor een nauwkeurige voorstelling van het gewenste detail gedurende het modelleringsproces. In het tweede deel worden puntprimieven gebruikt voor fysisch gebaseerde simulaties. Een puntgebaseerde discretisatie wordt gebruikt om het dynamisch gedrag van het object te beschrijven. Door de simulatiepunten onafhankelijk van de oppervlaktepunten voor te stellen kunnen zeer gedetailleerde oppervlakken interactief gesimuleerd worden. Er wordt aangetoond dat het gebruik van puntprimitieven kan leiden tot efficiënte algoritmes voor het simuleren van vloeistoffen en elastische objecten en er worden dynamische herbemonsteringsstrategieën voorgesteld die het simuleren van breuken toelaten. Het laatste deel van dit eindwerk bespreekt visualisatietechnieken voor puntgebaseerde oppervlakken. Er worden technieken voorgesteld om efficiënt dynamisch veranderende puntoppervlakken te visualiseren met het ray tracing algoritme. Speciale voorzorg wordt genomen om scherpe randen in deze oppervlakken met hoge nauwkeurigheid weer te geven. De voorgestelde algoritmes dragen bij tot de computergrafiek op het gebied van modelleren, simuleren en visualiseren van dynamische objecten. Dynamic objects are becoming ubiquitous in computer graphics applications. Algorithms, often based on physical laws, are proposed to alter the shape and appearance of virtual 3D objects. The visual richness of the resulting computer generated images has to match with the increasing demand for more and more realism. In this dissertation we assess a recent trend to resort to point primitives for the representation of such dynamic 3D objects and propose techniques to optimally exploit the characteristics of these point primitives in a wide range of computer graphics applications. It is shown how the absence of explicit connectivity information between the point samples significantly facilitates the handling of dynamically changing objects. Based on customized data structures and resampling operators, efficient algorithms are proposed for point-based modeling, animation and rendering of dynamic objects. In the first part of this thesis, geometric modeling algorithms are proposed to interactively alter the shape and appearance of point-sampled 3D surfaces. Building on efficient point data structures, we show how boolean operations such as the union and intersection of complex surfaces can be computed at interactive rates. A 3D painting application is proposed entirely centered around the use of point primitives. It allows painting arbitrary levels of detail on point-sampled surfaces using virtual 3D brushes. Local resampling operators are given to maintain an adequate sampling density during the whole modeling process. The second part of this work uses point primitives for physics-based modeling of dynamic objects. Next to point sampling the object's surface, a point-sampled volume representation is used to efficiently solve the equations governing the dynamic behavior. By decoupling the volume and surface representation, a trade-off can be made between visual complexity and physical accuracy. We show how the use of point primitives leads to efficient algorithms for the simulation of elastic solids and viscous fluids and propose dynamic point sampling operators to handle brittle and ductile fracturing. The last part of this dissertation discusses ray tracing algorithms for point set surfaces. Spatial and temporal coherence is exploited to efficiently visualize dynamically changing point surfaces. Sharp features, such as the ones obtained by boolean operations and fracture animation, are faithfully reproduced using the concept of surface clipping relations. The discussed rendering algorithm is illustrated on various examples generated with the point-based animation framework introduced earlier in this dissertation. All presented techniques contribute to the increasing requirement to efficiently handle dynamically changing objects in computer graphics applications. Dynamisch veranderende objecten komen voor in tal van applicaties binnen de computergrafiek. Voorbeelden hiervan zijn de animatie van elastisch vervormbare objecten of de simulatie van vloeistoffen. Een geschikte oppervlakterepresentatie is noodzakelijk om met deze dynamische objecten om te gaan. In dit eindwerk wordt een recente trend gevolgd om zowel het oppervlak als het volume van deze objecten met discrete punten voor te stellen. De eigenschappen van deze puntprimitieven kunnen dan ook optimaal uitgebuit worden om met dynamisch veranderende objecten om te gaan. Dit wordt aangetoond voor verschillende toepassingen in drie deeldomeinen van de computergrafiek. In een eerste deel van deze thesis worden punten als oppervlakteprimitief gebruikt in geometrische modelleringsalgoritmes die toelaten om de vorm en het uitzicht van een complex object interactief te wijzigen. In een tweede deel worden puntprimitieven als oppervlaktevoorstelling en als volumevoorstelling gebruikt voor de animatie van elastisch vervormbare objecten en voor de simulatie van vloeistoffen. Dynamische bemonsteringstechnieken worden voorgesteld die toelaten om breuken te simuleren. Ten slotte, worden in een derde deel van deze thesis visualisatiealgoritmes voorgesteld voor puntenoppervlakken. Er wordt aandacht besteed aan het visualiseren van objecten met scherpe randen en aan het efficiënt visualiseren van dynamisch veranderende oppervlakken. De voorgestelde puntgebaseerde algoritmes dragen bij aan de toenemende vraag om efficiënt om te gaan met dynamisch veranderende objecten binnen de computergrafiek. Dynamically changing objects are ubiquitous in computer graphics applications. Examples include the animation of elastically deforming objects or the simulation of fluids. Handling these dynamic objects requires a suitable representation of the object's surface. In this dissertation we assess a recent trend to use point primitives. Each point primitive locally represents a small part of the object's surface or volume. The characteristics of these discrete point primitives will be optimally exploited to efficiently handle dynamic objects in three domains of computer graphics. In a first part of this dissertation, points are used as a surface representation in geometric modeling algorithms to alter the geometry and appearance of complex objects at interactive rates. In a second part, point primitives will be used for the physics-based animation of elastically deforming objects and for the simulation of splashing fluids. Dynamic sampling strategies will be presented to allow the simulation of fracturing materials. Finally, in the third part, a ray tracing algorithm will be given for high quality visualization of point set surfaces. Special care will be taken to represent sharp edges and to efficiently handle dynamically changing surfaces. All presented point-based algorithms contribute to the increasing demand to efficiently handle dynamically changing objects in computer graphics applications.