Methoden zur Erzeugung und Darstellung von tessellierten Daten im Kontext der interaktiven virtuellen Qualitätskontrolle in der Fahrzeugentwicklung

Language
de
Document Type
Doctoral Thesis
Issue Date
2008-10-08
Issue Year
2008
Authors
Sußner, Gerd
Editor
Abstract

Analysing existing methods for tessellating CAD-data revealed a tremendous demand of research concerning the creation of suitable meshes for interactive surface interrogation of car bodies. In this thesis tessellation methods are presented which allow the user to perform high quality surface interrogation at interactive frame rates. Additionally methods for fully automatic CAD-repair were developed, to fix incomplete data and compute missing topology information which is inevitable to produce high quality meshes. If the original free form surfaces of the CAD-data is not availabe, a method was developed to stitch several adjacent meshes into a single mesh, avoiding T-vertices, if the exported surfaces were tessellated without topology information. Furthermore the mesh reduction method of Campagna has been extented to reduce meshes of high precision to meshes of reasonable size maintaining surface characteristics for high quality visualization. This reduction algorithm is also used for the creation of Progressive Meshes in order to produce meshes with continuous Level-of-Detail without re-reducing the original mesh. View-dependent Progressive Meshes allow an interactive continuous adaption of the mesh concerning the actual view of the user. The method of Hoppe was extented to be less restrictive, i.e. the mesh is adapted to the camera with less triangles. The procedure does not change mesh topology while adapting the vertex front allowing a fast adaption of the hierarchy to the scene. The resulting mesh is rather extracted on-the-fly during rendering. Beside the creation of static meshes interactive tessellation of free form surfaces is possible as well. For this a pure CPU-based method based on Hexagon-Subdivision was presented. In contrast to exisiting subdivision schemes, which completely adapt the mesh from ground-up at each frame, the hexagonal scheme changes the current adaption to the new view exploiting the coherence of successive frames. However this method has disadvantages at distorted domains and requires a complex trimming of the single hexagons. Newer methods allow interactive tessellation of free form surfaces on the GPU. The trimming of the surfaces is performed by using binary trimming textures. This method was extented to use almost all bit-planes of an RGBA-Texture. In addition the performance of the trimming texture creation was drastically improved by using uniform shader variables instead of vertex attributes. Finally both approaches were combined to form a new hybrid method using the advantages of the CPU- and the GPU-approach while avoiding their disadvantages.

Abstract

Nach der Analyse und Prüfung auf Praxistauglichkeit gängiger Tessellierungsmethoden wurde festgestellt, dass erheblicher Forschungsbedarf nötig ist. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Methoden zur qualitativ hochwertigen Tessellierung vorgestellt, die den Anspruch erfüllen, visuelle Qualtitätskontrolle von Außenhautflächen bei Fahrzeugen am Rechner durchzuführen. Dazu wurden zusätzlich Methoden entwickelt, um fehlerhafte Flächen zu reparieren bzw. fehlende Topologieinformation automatisch zu generieren. Letzteres erlaubt zudem eine hochwertige Tessellierung schon in einer frühen Konstruktionsphase, in der noch keine Nachbarschaftsinformation festgelegt ist. Für den Fall, dass man nicht auf die originale Freiformgeometrie zugreifen kann, wurde ein Verfahren entwickelt, das mehrere aneinandergrenzende Dreiecksnetze lückenlos, d.h. ohne T-Vertices, vernähen kann, falls die Bauteile ohne Topologieinformation vernetzt worden sind. Weiterhin wurde die Netzreduktion von Campagna erweitert, so dass sehr fein vernetzte Flächen mit hoher Qualität auf vernünftige Netzgrößen reduziert werden können. Mit Hilfe der Netzreduktion kann man auch Progressive Meshes erzeugen. Damit ist es möglich, die gewünschte Detailgenauigkeit ohne erneutes Reduzieren stufenlos einzustellen. Betrachterabhängige Progressive Meshes erlauben eine interaktive stufenlose Verfeinerung bzw. Vergröberung in Abhängigkeit des Blickpunkts. Das Verfahren von Hoppe wurde dahingehend erweitert, dass die erlaubten Operation weniger restriktiv gehandhabt werden, d.h. das adaptiv verfeinerte Netz kann mit weniger Dreiecken dargestellt werden. Weiterhin wird beim Anpassen der Hierarchie das Dreiecksnetz topologisch nicht verändert, sondern erst beim Zeichnen ad hoc erstellt. Die interaktive Tessellierung von Freiformflächen ist ebenfalls möglich. Hierzu wurde eine rein CPU-basierte Lösung auf Basis von Hexagon-Subdivision vorgestellt. Im Gegensatz zu bisherigen Subdivisionsverfahren, die das adaptierte Netz von Bild zu Bild neu generieren, wird das aktuelle Dreiecksnetz durch selektive Vergröberung bzw. Verfeinerung direkt an die neue Ansicht angepasst. Diese Methode hat jedoch Nachteile bei verzerrten Parametergebieten und erfordert zudem eine aufwändige Trimmung der einzelnen Hexagone. Neuere Verfahren erlauben die interaktive Vernetzung von Freiformflächen auf der Graphikkarte. Das Trimmen der Flächen erfolgt dabei mittels Trimmtexturen. Dieses Verfahren wurde so erweitert, dass Trimmtexturen effizienter ausgenutzt werden, indem man mehr Bit-Ebenen verwendet. Zudem wurde das Erzeugen der Trimmtextur durch Umstellung von Attributen auf uniforme Shader-Variablen erheblich beschleunigt. Schließlich wurde durch Kombination beider Ansätze ein neues hybrides Verfahren entwickelt, welches die Vorteile der CPU-basierten und GPU-basierten Methoden vereinigt und gleichzeitig deren jeweiligen Nachteile vermeidet.

DOI
Document's Licence
Faculties & Collections
Zugehörige ORCIDs