Dynamic terrain modeling

Abstract

(English) This work explores terrain modelling techniques that provide a comprehensive experience in terms of graphical representation, physics interaction and dynamic updates in real-time. In particular, our focus revolves around the creation of a system able to: 1) capture any possible feature we find on terrains, 2) maintain an accurate level of detail, 3) offer rendering and navigation in real-time, 4) include the option of performing dynamic updates in real-time, and 5) support physical interactions of entities also in real-time. Once previous models from the literature are reviewed, two models are proposed that take a digital elevation model as the base structure. The former follows a strategy in which we mimic the geotectonic events we find in nature. The latter uses a sculpting approach with convex polyhedra as a carving tool. To this end, several works are presented. While the first option introduces some gains with limits, the second option is a proposal that accomplishes the five required constraints. On the one hand, it can model tunnels, caves and overhangs, and terrain features can be captured with pixel-perfect accuracy. On the other hand, it is not demanding regarding processing and storage requirements and offers scalability. Finally, rendering, physics and dynamic updates can be performed in real-time. As a result, this work represents a significant contribution, offering an integrated solution capable of addressing the most challenging aspects of dynamic terrains. Our approach introduces a novel terrain model comprising diverse data structures and a suite of algorithms designed to capture a wide range of terrain formations accurately. A scene composed of tens of millions of triangles can be continuously updated to the extent of simulating a completely devastated terrain, rendered, and subjected to real-time physics computations involving tens of thousands of physical entities. The proposed model holds great potential for computer graphic applications, particularly in scenarios such as simulators and games, where dynamic landscapes play a paramount role.

(Català) Aquest treball explora tècniques de modelatge de terrenys que proporcionen una experiència integral en termes de representació gràfica, interacció física i actualització dinàmica en temps real. En particular, el nostre focus gira entorn a la creació d'un sistema capaç de: 1) capturar qualsevol característica possible que trobem en els terrenys, 2) mantenir un precís nivell de detall, 3) oferir renderització i navegació en temps real, 4) incloure l'opció de realitzar actualitzacions dinàmiques en temps real, i 5) suportar interaccions físiques d'entitats també en temps real. Un cop revisats els models anteriors existents a l'estat de l'art, es proposen dos models que prenen un model digital d'elevació com a estructura base. El primer segueix una estratègia en la qual mimetitzem els esdeveniments geotectònics que trobem a la natura. El segon utilitza un enfocament d'escultura amb poliedres convexos com a eina de tall. Amb aquesta finalitat, es presenten diversos treballs. Mentre que la primera opció introdueix alguns avantatges amb limitacions, la segona opció és una proposta que compleix amb els cinc requisits requerits. D'una banda, pot modelar túnels, coves i voladissos, i les característiques del terreny es poden capturar amb una precisió a nivell de píxel. D'altra banda, no és demandant pel que fa a requisits de processament i emmagatzematge i ofereix escalabilitat. Finalment, la renderització, la interacció física i les actualitzacions dinàmiques es poden realitzar en temps real. Com a resultat, aquest treball representa una contribució significativa, oferint una solució integral capaç d'abordar els aspectes més desafiants del modelatge de terrenys dinàmics. El nostre enfocament introdueix un nou model de terreny que compren diverses estructures de dades i una sèrie d'algoritmes dissenyats per capturar una àmplia gamma de formacions de terreny amb precisió. Una escena composta per desenes de milions de triangles pot ser actualitzada contínuament fins al punt de simular un terreny completament devastat, renderitzat i sotmès a càlculs de física en temps real que involucren desenes de milers d'entitats físiques. El model proposat té un gran potencial per a aplicacions de gràfics per ordinador, particularment en escenaris com simuladors i jocs, on els paisatges dinàmics juguen un paper primordial.

(Español) Este trabajo explora técnicas de modelado de terrenos que proporcionan una experiencia integral en términos de representación gráfica, interacción física y actualización dinámica en tiempo real. En particular, nuestro enfoque gira en torno a la creación de un sistema capaz de: 1) capturar cualquier característica posible que encontremos en los terrenos, 2) mantener un preciso nivel de detalle, 3) ofrecer un renderizado y navegación en tiempo real, 4) incluir la opción de realizar actualizaciones dinámicas en tiempo real, y 5) soportar interacciones físicas de entidades también en tiempo real. Una vez revisados los modelos previos existentes del estado del arte, se proponen dos modelos que toman un modelo digital de elevación como estructura base. El primero sigue una estrategia en la que imitamos los eventos geotectónicos que encontramos en la naturaleza. El segundo utiliza un enfoque de esculpido con poliedros convexos como herramienta de tallado. Con este fin, se presentan varios trabajos. Mientras que la primera opción introduce algunas ganancias con limitaciones, la segunda opción es una propuesta que cumple con los cinco requisitos requeridos. Por un lado, puede modelar túneles, cuevas y salientes, y las características del terreno pueden ser capturadas con precisión a nivel de píxel. Por otro lado, no es demandante en cuanto a requisitos de procesamiento y almacenamiento y ofrece escalabilidad. Finalmente, el renderizado, la interación física y las actualizaciones dinámicas pueden realizarse en tiempo real. Como resultado, este trabajo representa una contribución significativa, ofreciendo una solución integral capaz de abordar los aspectos más desafiantes del modelado de terrenos dinámicos. Nuestro enfoque introduce un modelo de terreno novedoso que comprende diversas estructuras de datos y una suite de algoritmos diseñados para capturar una amplia gama de formaciones de terreno con precisión. Una escena compuesta por decenas de millones de triángulos puede ser continuamente actualizada hasta el punto de simular un terreno completamente devastado, renderizado y sometido a cálculos de física en tiempo real que involucran decenas de miles de entidades físicas. El modelo propuesto tiene un gran potencial para aplicaciones de gráficos por computadora, particularmente en escenarios como simuladores y juegos, donde los paisajes dinámicos juegan un papel primordial.