Uma Arquitetura de Suporte a Interações 3D ... - DCA - Unicamp

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156 Conclusões e trabalhos futuros sibilidade do uso da arquitetura para suportar diferentes tarefas de interação e diferentes modelos geométricos deformados na GPU. Embora as GPUs atuais tenham um poder de processamento muitas vezes superior ao das CPUs, em outros aspectos a arquitetura de hardware gráfico, quando comparada com a arquitetura das CPUs, impõe restrições quanto a quantidade de memória disponibilizada, e quanto ao número e tipo de ins- truções utilizadas. Essas restrições se refletem em limitações no uso da arquitetura proposta. O foco de nossos trabalhos futuros está na análise de tais problemas e na proposta de alternativas para minimizá-los. Dentre as limitações mais importantes encontradas na utilização da arquitetura proposta em comparação com o paradigma tradicional de interação, destacamos os seguintes pontos: • Limitação da memória de vídeo. Para a execução do estágio de estimativa de propriedades de geometria diferencial, é necessária a existência de texturas que atuem como áreas de memória de propósito geral e que contenham, neste caso, os atributos de geometria e conectividade necessários para a estimativa. Para modelos complexos, tais texturas podem consumir um percentual significativo de memória de vídeo. Na implementação da arquitetura segundo a biblioteca apresentada no apêndice C, a definição de cada instância da classe CIntObj gera internamente um conjunto de 6 a 12 texturas em formato de ponto flutuante de 32 bits (esse número vai depender da quantidade de tipos de atributos requisitados pela aplicação). Cada texel de cada textura contém o atributo de um vértice da geometria, de modo que o tamanho de cada textura é proporcional ao número de vértices da malha. Essas texturas são utilizadas na GPU como áreas de memória para processamento de propósito geral, e podem ser acessadas e modificadas nos estágios de modificação de atributos de vértices e cálculo de propriedades geométricos. Em particular, essas texturas incluem os atributos de posição dos vértices, coordenadas de textura, vetor normal, vetores tangentes e bitangentes, coeficientes do tensor de curvatura, coeficientes do tensor de derivada de curvatura, direções principais e curvaturas principais. Além das texturas de atributos de vértices, 3 texturas adicionais são ainda utilizadas para armazenar as informações de conectividade do modelo. Tais texturas são utilizadas no estágio de cálculo de atributos. Além das texturas utilizadas internamente pela arquitetura, a GPU ainda deve compartilhar outros recursos gráficos utilizados na aplicação, tais como shaders e buffers de vértices. Mesmo quando a estimativa de atributos de geometria diferencial não for utilizada, o estágio de modifi- cação de atributos de vértices precisa armazenar os resultados em texturas que serão utilizadas pelas outras etapas. Dessa forma, como a memória de vídeo disponível é geralmente menor do que a memória disponível no sistema, o número máximo de objetos simultaneamente sob interação será menor do que aquele que seria possível no paradigma convencional baseado na existência dos modelos na memória do sistema.
Acreditamos que tal limitação de memória pode ser amenizada caso a aplicação utilize uma abordagem de determinação de visibilidade para excluir os modelos que não estão contidos do volume de visualização, uma vez que estes modelos não são relevantes para as tarefas de seleção e posicionamento restrito. Além disso, podem ser excluídos também os modelos que estão sendo ocultos por outros modelos, caso as tarefas de interação utilizem apenas a geometria de fato visível. A cena é inicialmente armazenada em um banco de dados na CPU. Em tempo de execução, o algoritmo de determinação de visibilidade determina um conjunto conservador de modelos visíveis, levando em consideração as possíveis deformações que esses modelos poderão sofrer no processador de vértices. Apenas este conjunto de modelos é então submetido à arquitetura de interação. Tal procedimento reduz o consumo de memória de vídeo a apenas estes objetos potencialmente visíveis. • Dificuldade de disponibilizar à aplicação atributos de geometria em partes não visíveis dos modelos. Uma vez que a arquitetura é baseada estritamente na suposição de que o usuário es- pera interagir com aquilo que ele está vendo, poderão surgir dificuldades para realizar interações que requeiram dados não disponíveis na geometria visível. Um exemplo típico é encontrado na técnica de seleção. No método tradicional de ray picking, a técnica de seleção geralmente retorna todos os objetos intersectados pelo raio de seleção, e não apenas o objeto mais próximo, que está de fato visível. A realização de tais tarefas em nossa arquitetura pode ser mais com- plexa do que sua realização no paradigma tradicional. De fato, a realização do teste entre o raio de seleção e cada primitiva produz naturalmente todas as possíveis interseções. Em nosso caso, tal tarefa requer múltiplos passos de renderização para que, em cada passo, sejam filtrados os fragmentos da geometria do modelo visível. Como observamos nos resultados da tabela 6.2 para a tarefa de seleção de todas as faces intersectadas pelo raio de seleção, a execução desses múltiplos passos pode ser ineficiente, pois praticamente todo o fluxo de processamento da arquitetura é executado em cada iteração. Um meio de minimizar essa dificuldade é utilizar, na aplicação, uma abordagem híbrida entre o método tradicional de ray picking e a arquitetura proposta. Para cada tarefa de interação que necessitar de todos os pontos de interseção entre o modelo e o raio de seleção, a aplicação pode empregar o método de ray picking para tratar os objetos que não sofrem deformações, pois neste caso tal interação tende a ser mais eficiente (tal ganho de eficiência vai depender do poder computacional da GPU e da complexidade dos modelos). Nossa arquitetura é utilizada então apenas para tratar os modelos que de fato sofrem as deformações. • Ausência da estimativa de elementos de geometria diferencial após a etapa de modifica- ção de atributos de fragmentos. Em técnicas de mapeamento de detalhes 3D, os atributos de 157
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