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BRDFLab: A general system for designing BRDFs
(The Eurographics Association, 2009) Forés, Adrià; Pattanaik, Sumanta N.; Bosch, Carles; Pueyo, Xavier; Carlos Andujar and Javier Lluch
This paper introduces a novel system for interactive modeling and designing of arbitrary BRDFs. The system is able to deal with BRDFs defined in a variety of forms, such as analytical models, measured data or data obtained by simulation. The system also allows designing BRDFs from scratch using a combination of different analytical lobes. Using the programmable graphics hardware, it then performs interactive display of the designed BRDF, and its rendering on objects lit by complex illumination. The system also allows the fitting of an input BRDF defined in any form to our analytical lobe combination, so that it can be efficiently evaluated with GPU based rendering. The idea behind this work is to make available a general system for designing, fitting and rendering BRDFs, that is intuitive and interactive in nature. We plan to use this as a tool for simulation and modeling of complex physically-based BRDFs, and thus provide access to a larger variety of material models to the rendering community.
Interactive Earthmoving Simulation in Real-time
(The Eurographics Association, 2009) Pla-Castells, Marta; García-Fernández, Ignacio; Gamón, Miguel A.; Martínez-Durá, Rafael; Carlos Andujar and Javier Lluch
Virtual Reality simulators of heavy machinery are often used for training purposes. However, the complexity of terrain as a dynamical system makes the simulation of earthmoving machinery an specially challenging problem. In this paper, the architecture of an excavator simulator is described, together with the different models used to describe the behavior of the systems involved. Special attention is paid to soil dynamics and to the interaction models, including soil-wheel interaction and soil-tool interaction. The different models used are physically-based, in order to guarantee a realistic simulation and an appropriate force feedback.
Mosaicos Virtuales
(The Eurographics Association, 2009) Denia, Alberto; Ribelles, José; López, Ángeles; Carlos Andujar and Javier Lluch
Las productoras de TV que realizan retransmisiones deportivas utilizan con bastante frecuencia tecnología que les permite añadir elementos generados por ordenador. En este artículo se presenta una técnica para crear mosaicos virtuales, simulando los mosaicos que en ocasiones el público de los estadios crea levantando pequeños trozos de cartón coloreados a los que llamamos paneles. El método que se presenta persigue tanto realismo visual como eficiencia computacional. Para conseguir el primer objetivo se ha simulado el proceso de levantamiento del mosaico, su exposición y el proceso de descenso, teniendo además en cuenta factores que influyen en su aspecto como la ausencia de público, diferencias en altura de los paneles o el ligero movimiento que cada espectador imprime sobre el panel que sujeta. Para satisfacer el segundo objetivo, el proceso de animacion del mosaico se ha codificado íntegramente en GLSL.
Occlusion Ratio: a new Query Parameter for GPUs
(The Eurographics Association, 2009) Mansa, Ignacio; Amundarain, Aiert; Matey, Luis; García-Alonso, Alex; Carlos Andujar and Javier Lluch
This work suggests improvements that can be added to current GPUs and graphic rendering APIs to increase occlusion culling performance, that is, to raise the frame rate that can be achieved using hardware occlusion queries. The proposal can be easily implemented in current GPU architectures. It extends the concept of object relevance in an image and introduces the occlusion ratio parameter. Numerical tests have been carried out using pre-processed data to demonstrate our proposal. These tests show that 800% mean frame rate improvements could be achieved if occlusion queries to the GPU would return occlusion ratio data. Moreover, in low occlusion density situations -worst cases with 60-80 percent objects visible-, results show that occlusion ratio data provides 60-400 percent improvements in the frame rate.
Locally-Adaptive Texture Compression
(The Eurographics Association, 2009) Andujar, Carlos; Martinez, Jonas; Carlos Andujar and Javier Lluch
Current schemes for texture compression fail to exploit spatial coherence in an adaptive manner due to the strict efficiency constraints imposed by GPU-based, fragment-level decompression. In this paper we present a texture compression framework for quasi-lossless, locally-adaptive compression of graphics data. Key elements include a Hilbert scan to maximize spatial coherence, efficient encoding of homogeneous image regions through arbitrarilysized texel runs, a cumulative run-length encoding supporting fast random-access, and a compression algorithm suitable for fixed-rate and variable-rate encoding. Our scheme can be easily integrated into the rasterization pipeline of current programmable graphics hardware allowing real-time GPU decompression. We show that our scheme clearly outperforms competing approaches such as S3TC DXT1 on a large class of images with some degree of spatial coherence. Unlike other proprietary formats, our scheme is suitable for compression of any graphics data including color maps, shadow maps and relief maps. We have observed compression rates of up to 12:1, with minimal or no loss in visual quality and a small impact on rendering time.
Digitalización, Voxelización, Relleno y Esqueletonización 3D de Órganos Pares Duros de Cabra Montesa
(The Eurographics Association, 2009) Miras, Juan Ruiz de; Santos, Alberto; Pérez, Jesús M.; Sarasa, Mathieu; Esteban, Francisco J.; Carlos Andujar and Javier Lluch
En este trabajo se describe el proceso para la representación computacional de órganos pares duros (cuernos) de cabra montesa (Capra pyrenaica) mediante la voxelización de su superficie, el relleno del interior y su esqueletonización 3D a partir de la nube de puntos obtenida mediante una digitalización con escáner 3D. Para el desarrollo de estos algoritmos se ha implementado la versión 3D de los operadores de morfología matemática. El hecho de conocer de antemano la forma de los modelos ha permitido desarrollar un algoritmo a medida de relleno de cavidades mucho más eficiente que el algoritmo general basado en morfología matemática. Este trabajo interdisciplinar es el punto inicial para la realización de un estudio morfométrico completo y digital de la asimetría bilateral fluctuante en esta especie silvestre. Este tipo de estudios tienen un gran interés ecológico y actualmente se realizan de manera manual mediante técnicas artesanales.
Marching Octahedra
(The Eurographics Association, 2009) Torres, Juan Carlos; Soler, Francisco; Velasco, Francisco; León, Alejandro; Arroyo, Germán; Carlos Andujar and Javier Lluch
La extracción de isosuperficies es un problema esencial en visualización de volúmenes. La mayor parte de los métodos propuestos resuelven el problema usando una estrategia de subdivisión en celdas disjuntas que forman un recubrimiento del volumen a tratar, de tal forma que el problema se resuelva independientemente para cada celda. Las celdas más usadas son las cúbicas. No obstante hay problemas de ambigüedad que pueden originar fisuras en la isosuperficie. En este trabajo presentamos un nuevo método de teselación del volumen utilizando celdas octaédricas, sobre una rejilla regular, y se describe un algoritmo de extracción para esta estructura. Este método no necesita de información adicional para particionar en celdas el volumen, no genera problemas de ambigüedad y emplea un tiempo muy reducido para la extracción de isosuperficie en comparación con otros métodos.
Técnicas Multirresolución para Visualización de Información Vectorial 3D en SIG
(The Eurographics Association, 2009) Gaitán, Rafael; Lluch, Javier; Abad, Francisco; Juan, M. Carmen; Carlos Andujar and Javier Lluch
Abstract La representación de datos vectoriales (carreteras, lagos, ciudades, etc) es una parte fundamental en los sistemas de información geográfica, tanto para visualizar la información como para procesos de análisis. La gran cantidad de información adquirida en formato vectorial provoca que, en la mayoría de los casos, la visualización sea masiva o incluso que no quepa toda la información en memoria principal. En este trabajo se presentan algunas técnicas para la representación eficiente de datos vectoriales en 3D. El trabajo se centra en las técnicas utilizadas para datos vectoriales de tipo punto y plantea su extensión para polilíneas y polígonos. Abarca desde las estructuras de datos multirresolución empleadas y los algoritmos de generación hasta la visualización en sistemas de información geográfica 3D.
BIOMIMO, Estudio Ergonómico Aumentado Utilizando un Sistema de Captura de Movimiento Infrarrojo de Alta Precisión y Realidad Aumentada
(The Eurographics Association, 2009) Gimeno, Jesús; Gorosabel, Maite; Sanchez, Fernando Manuel; Pujana-Arrese, Aron; Fernandez, Marcos; Landaluze, Joseba; Carlos Andujar and Javier Lluch
En este artículo se describe la realización de un estudio ergonómico del miembro superior derecho aplicando técnicas de Realidad Aumentada y captura de movimiento de alta precisión. Utilizando el Software desarrollado, llamado BIOMIMO estudio ergonómico aumentado, un experto puede observar al usuario durante el estudio, obteniendo una visualización aumentada del mismo. Para aumentar la visión del experto, el sistema de captura infrarrojo de alta precisión envía la información que se representan en forma de un esqueleto tridimensional superpuesto a la imagen del sujeto evaluado, y valores calculados en tiempo real (ángulos de estudio, posiciones relativas, etc.). Como resultado, el análisis del experto ya no solo se basa en su percepción, sino que en tiempo real tiene información exacta de los movimientos del brazo.
Edición y visualización de información vectorial en aplicaciones SIG
(The Eurographics Association, 2009) Torres, Jordi; Zarzoso, Jesús; Ten, María; Gaitán, Rafael; Lluch, Javier; Carlos Andujar and Javier Lluch
Con la llegada de los Sistemas de Información Geográfica (SIG) en 3D, han aparecido nuevas formas de representar datos vectoriales mucho más intuitivas y realistas para los usuarios. En este artículo se presenta una librería multiplataforma y de código libre, que permite visualizar estos datos mediante símbolos tridimensionales como podrían ser árboles o postes eléctricos. Además, se presenta un sistema de edición interactiva mediante una librería de manipuladores para la edición de datos vectoriales y símbolos que permite ser fácilmente integrada en aplicaciones SIG.
Screen Space Obscurances
(The Eurographics Association, 2009) Sunyer, Nicolau; Gumbau, Jesús; Chover, Miguel; Sbert, Mateu; Carlos Andujar and Javier Lluch
La simulación de la iluminación indirecta en una escena suele ser muy costosa por lo que normalmente ésta se usa de forma precalculada para escenas estáticas. En este artículo proponemos un algoritmo que aproxima el cálculo de la iluminación indirecta enteramente en GPU y permite escenas dinámicas pues se recalcula para cada fotograma. La solución propuesta se basa en la técnica de Obscurances y permite simular el efecto de sangrado de color (color-bleeding). Al estar el muestreo basado en espacio de imagen no se usan ni reproyecciones ni transformaciones, simplificando los calculos. Nuestra solución está formada por la fusión de tres mapas diferentes de Obscurances, de baja, media y alta frecuencia, que permiten simular los distintos niveles de interacción de la iluminación indirecta, resaltando los detalles sin sacrificar la interacción con los oclusores a distancia media y lejana. El sistema no requiere del uso de filtrado del mapa de Obscurances pues se ha optimizado el muestreo de la escena y se obtienen imágenes con muy poco ruido usando pocas muestras por píxel.
A Framework for Rendering, Simulation and Animation of Crowds
(The Eurographics Association, 2009) Pelechano, Nuria; Spanlang, Bernhard; Beacco, Alejandro; Carlos Andujar and Javier Lluch
Real-time crowd simulation for virtual environment applications requires not only navigation and locomotion in large environments while avoiding obstacles and agents, but also rendering high quality 3D fully articulated figures to enhance realism. In this paper, we present a framework for real-time simulation of crowds. The framework is composed of a Hardware Accelerated Character Animation Library (HALCA), a crowd simulation system that can handle large crowds with high densities (HiDAC), and an Animation Planning Mediator (APM) that bridges the gap between the global position of the agents given by HiDAC and the correct skeletal state so that each agent is rendered with natural locomotion in real-time. The main goal of this framework is to allow high quality visualization and animation of several hundred realistic looking characters (about 5000 polygons each) navigating virtual environments on a single display PC, a HMD (Head Mounted Display), or a CAVE system. Results of several applications on a number of platforms are presented.
Diseño de descomposiciones espaciales jerárquicas para mallas de triángulos utilizando Geometry Shaders
(The Eurographics Association, 2009) Delgado, Juan J. Jiménez; Albalá, Antonio Martínez; Higueruela, Francisco R. Feito; Carlos Andujar and Javier Lluch
Una de las principales ventajas de utilización de la GPU para la implementación de algoritmos geométricos es su especial diseño y adecuación para la realización de operaciones con vectores, su repertorio de operaciones geométricas y su paralelismo a nivel vectorial y de unidades de ejecución. En cambio, este diseño junto al diseño del pipeline gráfico (adecuado para las operaciones de visualización) no lo es tanto para la implementación de las operaciones geométricas más comunes en informática gráfica, ya que las estructuras de datos y algoritmos diseñados para este fin de manera eficiente y efectiva en la CPU deben ser convertidos y codificados en estructuras de datos (normalmente en la forma de texturas) y en algoritmos que no son intuitivos y que deben ser descompuestos en operaciones atómicas, buscando una paralelización de código que en muchos casos no está clara. En este artículo se pretende dar una serie de directrices para la implementación efectiva de algoritmos para la construcción de descomposiciones espaciales jerárquicas utilizando la GPU programable, aprovechando las ventajas que supone la utilización de shaders programables en las etapas del pipeline gráfico, en especial utilizando geometry shaders. Se propondrán algunas soluciones en las que pueden aplicarse dichos algoritmos en una implementación en GPU mediante shaders, y se aplicará a una descomposición espacial mediante Tetra-Trees.
Generación estocástica de puntos para técnicas de punteado automático
(The Eurographics Association, 2009) Arroyo, Germán; Martín, Domingo; Luzón, María Victoría; Carlos Andujar and Javier Lluch
Los trabajos recientes en la visualización expresiva han producido resultados comparables a los creados a mano. Sin embargo, cuando se intenta replicar mediante un ordenador un original realizado por un artista, se comprueba que existen diferencias importantes entre ambas imágenes, principalmente debido a la regularidad de los puntos usados en las técnicas automáticas para generarlas. Este artículo se centra en uno de los elementos clave del dibujo mediante punteado: el punto, su forma, color y tamaño. Este trabajo presenta un nuevo método para generar una cantidad ilimitada de puntos con una alta variedad para su uso en la obtención de dibujos mediante punteado por ordenador de forma automática y sin recurrir a texturas escaneadas. Los algoritmos aquí propuestos tienen en cuenta ciertos parámetros tales como la viscosidad y color de la tinta, la absorción del papel o la velocidad con la que el artista realiza el punto. También se demuestra visual y matemáticamente como los puntos generados se asemejan enormemente a los realizados por los artistas.
Pantalla multitáctil portátil de bajo coste
(The Eurographics Association, 2009) Re, Armando de la; Abad, Francisco; Camahort, Emilio; Lluch, Javier; Carlos Andujar and Javier Lluch
La tecnología multitáctil ha comenzado a introducirse en nuestra vida cotidiana, impulsada principalmente por los smartphones. Algunas compañías han lanzado al mercado pantallas de ordenador multitáctiles, presentando formas alternativas de interacción. Los principales problemas de esta tecnología emergente son el alto coste y el tamaño de los dispositivos. Dichos problemas la restringen habitualmente a ferias, empresas o laboratorios de investigación. Recientemente, grupos de entusiastas e investigadores han publicado algunas técnicas, manuales y vídeos de cómo construir pantallas multitáctiles. El problema es que la mayoría de ellas están basadas en un proyector, por lo que normalmente ocupan demasiado espacio. En este trabajo presentamos una pantalla multitáctil portátil de bajo coste. Tiene tanto un volumen como un peso reducidos y es fácil de construir. Palabras clave: Multitáctil, Portátil, Pantalla LCD
Simulación de Lluvia sobre Escenas Dinámicas
(The Eurographics Association, 2009) Sunyer, Nicolau; Puig-Centelles, Anna; Ripolles, Oscar; Chover, Miguel; Sbert, Mateu; Carlos Andujar and Javier Lluch
La lluvia es un fenómeno complejo y su simulación suele ser muy costosa. En este artículo se propone un sistema de simulación de lluvia mediante sistemas de partículas que funciona únicamente en la tarjeta gráfica (GPU). La flexibilidad de CUDA permite incluir, además de la simulación de la precipitación, un sistema de detección y manejo de las colisiones de las partículas contra el escenario que permite simular al mismo tiempo las salpicaduras. En el apartado de resultados mostramos cómo el uso de CUDA permite mejorar el rendimiento que se obtenía utilizando métodos anteriores.
Simulador de realidad virtual para la formación de operadores de grúa Torre
(The Eurographics Association, 2009) Gamón-Giménez, Miguel Angel; Pla-Castells, Marta; García-Fernández, Ignacio; Reyes-Lacueva, Alejandro; Martínez-Durá, Rafael Javier; Carlos Andujar and Javier Lluch
La utilización de simuladores basados en realidad virtual proporciona una solución a los diferentes inconvenientes del entrenamiento de operadores de maquinaria pesada. Entre las ventajas aportadas al ámbito de formación, se encuentran la reducción de riesgos laborales y costes económicos, el incremento en la productividad, y la utilización como herramienta objetiva de evaluación. Este artículo presenta un sistema instruccional basado en simulación para el entrenamiento de operadores de grúa Torre. Este simulador destaca por su enfoque formativo mediante la inclusión de material docente interactivo, el aprendizaje en la maniobrabilidad de una grúa Torre a través de un conjunto de ejercicios y circuitos de entrenamiento, y la utilización de técnicas de realidad virtual del estado del arte (como shaders de iluminación, técnicas de sombreado y avatares cooperativos) que incrementan la experiencia de realismo obtenida. Se describe la arquitectura que compone el simulador, el diseño del entorno virtual basado en OpenSceneGraph, el sistema de autoevaluación, y las características de realismo del modelo dinámico de la grúa, como son la influencia del viento y las colisiones de los cables con otros objetos del entorno virtual. El sistema se complementa con un puesto de instructor que facilita el control, la evaluación, y la monitorización de los puestos de entrenamiento de un aula multipuesto.
Texturización automática en Entornos urbanos utilizando Algoritmos Genéticos
(The Eurographics Association, 2009) Ortega, Dolores Robles; Expósito, José López; Alvarado, Lidia Ortega; Higueruela, Francisco Feito; Carlos Andujar and Javier Lluch
La representación virtual de entornos reales en 3D plantea ciertos problemas de texturización cuando dichos escenarios son de grandes dimensiones. Concretamente, el modelado de un entorno urbano con miles de edificios puede suponer un enorme reto si debe respetarse la información real del plano de la ciudad con manzanas, alturas de edificios reales, así como nombres de calles u otro tipo de información relevante. El objetivo final es posibilitar la navegación libre por dicho entorno virtual ofreciendo al usuario la mayor sensación de realismo posible, independientemente del lugar exacto por donde decida moverse en la ciudad, y exista o no información de interés en dicha zona. A pesar de partir de toda la información posible disponible en un SIG urbano, éste no suele almacenar datos relativos al aspecto real de los inmuebles, lo cual resulta imprescindible para realizar un levantamiento realista de la ciudad completa. En este trabajo se propone una solución alternativa, aplicando texturas de forma automática a los edificios de los cuales no se tenga información exacta de su posible aspecto. Para ello se emplean dos algoritmos genéticos para asignar automáticamente texturas de una base de datos, uno para texturas superiores de edificios y otras para los bajos de dichos edificios. Para realizar una asignación de forma realista, esta metodología puede contemplar las características cuantitativas de las texturas, como anchura o altura de los inmuebles, o cualitativas como diversas zonas de la ciudad (casco antiguo o avenida de última construcción, etc.). Los resultados obtenidos muestran un buen ajuste de las texturas y un alto nivel de realismo.
Extracción Adaptativa de Isosuperficies Topológicamente Correctas
(The Eurographics Association, 2009) Soler, Francisco; Velasco, Francisco; Torres, Juan Carlos; León, Alejandro; Carlos Andujar and Javier Lluch
Este trabajo propone un nuevo esquema de representación de volúmenes basado en una partición del espacio en poliedros multirresolución, y un método de extracción de isosuperficies sin elementos no-variedad a partir del mismo. Dicha partición multirresolución se realiza de manera adaptativa a los datos del volumen y por tanto es independiente del valor umbral de visualización que se quiera usar. El criterio de compactación de poliedros utilizado permite generar celdas que puedan contener varias componentes de isosuperficie independientes y topológicamente correctas con respecto al interpolante trilineal considerado. La posibilidad de compactar incluso celdas que puedan contener varios fragmentos de isosuperficie nos permite reducir considerablemente el número de triángulos de la isosuperficie obtenida en zonas de bajo detalle.
Un Método para la Detección en Tiempo Real de Perturbaciones Fotométricas en Imágenes Proyectadas
(The Eurographics Association, 2009) Garay, Miguel Castañeda; Fernández, Óscar Belmonte; Altaba, Jose Gil; Rosés, Hebert Pérez; Coma, Inmaculada; Carlos Andujar and Javier Lluch
Los sistemas de pantallas de proyección han ganado gran popularidad en los últimos años, principalmente por el gran tamaño de pantalla y resolución que brindan, así como por las facilidades de visión estereoscópica que los hacen factibles para la construcción de sistemas de realidad virtual. En este trabajo se muestra un método para la detección en tiempo real de perturbaciones fotométricas no estacionarias en imágenes proyectadas, mediante el empleo de técnicas de visión. El método es robusto a variaciones espaciales de la intensidad de la luz del proyector sobre la superficie de proyección y a la existencia sobre la misma de perturbaciones fotométricas localmente estacionarias provocadas por factores externos al sistema.

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