Original title: Vizualizace SDF scén
Translated title: Visualization of SDF Based Scenes
Authors: Fusek, Petr ; Karas, Matej (referee) ; Milet, Tomáš (advisor)
Document type: Master’s theses
Year: 2023
Language: eng
Publisher: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta informačních technologií
Abstract: [eng] [cze]
Pole znaménkových vzdáleností (Signed Distance Fields, SDF) poskytuje alternativní metodu popisu 3D povrchů. Povrch je reprezentován funkcí SDF, která vrací vzdálenost k nejbližšímu bodu povrchu. Tyto funkce mohou být kombinovány pomocí technik podobných konstrukční geometrii pevných těles (Constructive Solid Geometry, CSG). Nicméně, algoritmy vrhání paprsků (ray-casting), které se běžně používají pro vizualizaci těchto modelů, nejsou dostatečně škálovatelné pro vykreslování velkých a složitých scén s mnoha SDF objekty v reálném čase. Tato práce, inspirovaná hrou Dreams a technologií GigaVoxel, představuje datovou strukturu pro reprezentaci a vytváření 3D modelů pomocí zmíněné SDF-CSG metody spolu s technikou vykreslování v reálném čase schopnou vykreslovat scény s velkým počtem těchto objektů pomocí datové struktury Sparse Voxel Octree (SVO), vyhodnocované na GPU v reálném čase. Vykreslování využívá techniky úrovně detailu (Level Of Detail, LOD) a algoritmus ořezávání podle viditelnosti (view frustum culling) k výběru viditelných SDF bloků s úrovní detailů úměrnou vzdálenosti od kamery. Aplikace vyvinutá v jazyce Rust s využitím grafického API wgpu umožňuje vytvářet tyto SDF modely a demonstruje představené vykreslovaní techniky. Tato aplikace by mohla sloužit základ pro budoucí vývoj jednoduchého 3D nástroje pro umělce, kteří hledají alternativu tradičního polygonálního modelování. Signed Distance Fields (SDF) provides an alternative method of describing 3D surfaces. A surface is represented by an SDF function that returns the distance to the nearest point on the surface. These functions can be combined using techniques similar to Constructive Solid Geometry (CSG). However, ray-casting algorithms commonly used to visualize these models are not scalable enough to render large and complex scenes with many SDF objects in real time. Inspired by the Dreams game and the GigaVoxel technology, this thesis presents a data structure for representing and creating 3D models using the aforementioned SDF-CSG method, along with a real-time rendering technique capable of rendering scenes with a large number of these objects using a Sparse Voxel Octree (SVO) data structure evaluated on a GPU in real-time. The rendering uses Level Of Detail (LOD) techniques and a view frustum culling algorithm to select visible SDF blocks with a level of detail proportional to the distance from the camera. An application developed in Rust using the wgpu graphics API allows the creation of these SDF models and demonstrates the introduced rendering techniques. This application could serve as a basis for future development of a simple 3D tool for artists looking for an alternative to traditional polygonal modeling.
Keywords: 3D modelování; 3D modely; Constructive Solid Geometry; CSG; Rendering; SDF; Signed Distance Fields; Signed Distance Function; Sparse Voxel Octree; SVO; Vizualizace; Voxelizace; Voxelizace SDF; Voxely; 3D modeling; 3D models; Constructive Solid Geometry; CSG; Rendering; SDF; Signed Distance Fields; Signed Distance Function; Sparse Voxel Octree; SVO; Visualization; Voxelization; Voxelization of SDF; Voxels

Institution: Brno University of Technology (web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library.
Original record: http://hdl.handle.net/11012/211951

Permalink: http://www.nusl.cz/ntk/nusl-530216


The record appears in these collections:
Universities and colleges > Public universities > Brno University of Technology
Academic theses (ETDs) > Master’s theses