Sparse Voxel Octree

Построение воксельного октодерева

Sparse Voxel Octree (SVO, рус. Разреженное воксельное октодерево) — программная технология, позволяющая делать эффективную детализацию визуализируемых объектов и эффективную обработку облаков точек.

SVO — регулярная иерархическая структура данных, в основе которой лежит регулярная трёхмерная сетка. Первый узел дерева — корень, является кубом, содержащим весь объект целиком. Каждый узел или имеет 8 потомков или не имеет никаких потомков. Эти 8 потомков формируют 2×2×2 регулярных подразбиения родительского узла. Узел с потомками называют внутренним узлом, узел без потомков называют листом. В результате всех подразбиений получается регулярная трёхмерная сетка вокселей, однако, не все воксели содержат части объекта, поэтому в созданном дереве такие воксели не будут содержаться, то есть дерево будет разреженным. Для того, чтобы каждый раз не обрабатывать пустой воксел — вместо сетки используется октодерево, оно также имеет информацию об индексации вокселей и позволяет оптимальным образом находить соседей вокселя и другую информацию.

Использование

«Sparse Voxel Octree» в качестве структуры данных используется в игровом движке «CryEngine 3» немецкой компании Crytek. В отличие от своего классического назначения, в «CryEngine 3» SVO служит не для хранения вокселей, а для хранения полигонов и «запеченных» геометрии и текстур уровня во время его экспорта. Crytek отдала предпочтение технологии SVO, так как она, в отличие от виртуальных текстур, не требует вычислений на графическом процессоре, обеспечивает автоматическое и корректное создание уровней детализации (LOD), предоставляет возможность создания адаптивных геометрических и текстурных деталей в зависимости от геймплея, а также благодаря ей очень легко управлять геометрией и текстурами и производить их «стриминг» (подгрузку в реальном времени во время работы приложения). Вместе с тем было отмечено большое требование к объёму памяти для SVO. Для ликвидации этого недостатка Crytek использовала агрессивное сжатие текстур и применяла SVO не для всего уровня, а лишь для определённых его частей.

Согласно Crytek, «Sparse Voxel Octree», наряду с «Sparse Surfel Octrees», может стать одной из ключевых технологий хранения и представления данных в компьютерной графике реального времени в будущем. Были выделены её основные преимущества и недостатки.

Преимущества:

• SVO как структура данных ориентирована в будущее и подходит для альтернативных методов рендеринга;
• очень хорошо подходит для уникальных геометрии и текстур, что будет актуальным в будущем, так как бюджеты на геометрические объекты и текстуры утрачивают свою актуальность;
• Обеспечивает истинную свободу для художников;
• Естественным образом автоматически реализует схему уровня детализации;
• Хорошо подходит для трассировки лучей.

Недостатки:

• SVO не имеет ни инфраструктуры, ни специализированного аппаратного обеспечения;
• имеет большие требования к памяти;
• всё ещё слишком медленная.

Ссылки

• Jon Olick. SIGGRAPH 2008: Current and Next Generation Parallelism in Games (англ.) (недоступная ссылка). SIGGRAPH (14 августа 2008 года). — Доклад Джона Олика на SIGGRAPH 2008. Дата обращения: 5 июня 2009. Архивировано 1 апреля 2012 года.
• admin. Efficient Sparse Voxel Octrees (англ.) (недоступная ссылка). realtimerendering.com (17 февраля 2010 года). Дата обращения: 8 марта 2010. Архивировано 10 апреля 2012 года.
• Tero Karras, Samuli Laine, Gregory J. Ward. efficient-sparse-voxel-octrees Open-source implementation of "Efficient Sparse Voxel Octrees" (англ.) (недоступная ссылка). Google Code. Дата обращения: 8 марта 2010. Архивировано 10 апреля 2012 года.
• Sparse Voxel Octree (SVO) Demo by Jon Olick (англ.) (недоступная ссылка). encyclopedia.com. Дата обращения: 8 марта 2010. Архивировано 10 апреля 2012 года.
• Samuli Laine, Tero Karras. Efficient Sparse Voxel Octrees – Analysis, Extensions, and Implementation (англ.) (недоступная ссылка). NVIDIA Corporation (февраль 2010 года). Дата обращения: 11 июня 2010. Архивировано 10 апреля 2012 года.