Exploiting spatial and temporal coherence in GPU-based volume rendering

Effizienz spielt eine wichtige Rolle bei der Darstellung von Volumendaten, selbst wenn leistungsstarke Grafikhardware zur Verfügung steht, da steigende Datensatzgrößen und höhere Anforderungen an Visualisierungstechniken Fortschritte bei Grafikprozessoren ausgleichen. In dieser Dissertation wird unt...

Author: Mensmann, Jörg
Further contributors: Hinrichs, Klaus H. (Thesis advisor)
Division/Institute:FB 10: Mathematik und Informatik
Document types:Doctoral thesis
Media types:Text
Publication date:2010
Date of publication on miami:20.07.2010
Modification date:09.05.2016
Edition statement:[Electronic ed.]
Subjects:Volumengrafik; Rendering; Kohärenz; Kompression; Raycasting; CUDA
DDC Subject:004: Datenverarbeitung; Informatik
License:InC 1.0
Language:English
Format:PDF document
URN:urn:nbn:de:hbz:6-67429536927
Permalink:http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:hbz:6-67429536927
Digital documents:diss_mensmann.pdf

Effizienz spielt eine wichtige Rolle bei der Darstellung von Volumendaten, selbst wenn leistungsstarke Grafikhardware zur Verfügung steht, da steigende Datensatzgrößen und höhere Anforderungen an Visualisierungstechniken Fortschritte bei Grafikprozessoren ausgleichen. In dieser Dissertation wird untersucht, wie räumliche und zeitliche Kohärenz in Volumendaten zur Optimierung von Volumenrendering genutzt werden kann. Es werden mehrere neue Ansätze für statische und zeitvariante Daten eingeführt, die verschieden Arten von Kohärenz in verschiedenen Stufen der Volumenrendering-Pipeline ausnutzen. Zu den vorgestellten Beschleunigungstechniken gehört Empty Space Skipping mittels Occlusion Frustums, eine auf Slabs basierende Cachestruktur für Raycasting und ein verlustfreies Kompressionsscheme für zeitvariante Daten. Die Algorithmen wurden zur Verwendung mit GPU-basiertem Volumen-Raycasting entworfen und nutzen die Fähigkeiten moderner Grafikprozessoren, insbesondere Stream Processing.

Efficiency is a key aspect in volume rendering, even if powerful graphics hardware is employed, since increasing data set sizes and growing demands on visualization techniques outweigh improvements in graphics processor performance. This dissertation examines how spatial and temporal coherence in volume data can be used to optimize volume rendering. Several new approaches for static as well as for time-varying data sets are introduced, which exploit different types of coherence in different stages of the volume rendering pipeline. The presented acceleration algorithms include empty space skipping using occlusion frustums, a slab-based cache structure for raycasting, and a lossless compression scheme for time-varying data. The algorithms were designed for use with GPU-based volume raycasting and to efficiently exploit the features of modern graphics processors, especially stream processing.