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/ NetNews Usenet Archive 1992 #26 / NN_1992_26.iso / spool / comp / graphics / 11651 < prev    next >
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Internet Message Format  |  1992-11-09  |  9.0 KB

  1. Path: sparky!uunet!utcsri!dgp.toronto.edu!lansd
  2. Newsgroups: comp.graphics
  3. From: lansd@dgp.toronto.edu (Robert Lansdale)
  4. Subject: Fire sale: Interesting thesis/tutorial on 2D texture mapping
  5. Message-ID: <1992Nov9.182433.9021@jarvis.csri.toronto.edu>
  6. Organization: CSRI, University of Toronto
  7. Distribution: na
  8. Date: 9 Nov 92 23:24:33 GMT
  9. Lines: 194
  10.  
  11. I have available 11 remaining copies on my master's thesis that are currently 
  12. taking up wasted space in my office. I'll let each go for (US$) $15  to cover 
  13. the costs of copying, binding and shipping. Please email me to reserve a copy 
  14. (lansd@dgp.toronto.edu).
  15.  
  16. The thesis deals with the 2d texture mapping process, from simplistic  basics 
  17. to  state-of-the-art resampling  techniques (texture anti-aliasing).  Readers 
  18. with  little  knowledge  of  2d texture  mapping  will  find  the  conceptual 
  19. tutorials easy to comprehend and informative, while the new research material 
  20. will hopefully spur on the experts to try out the new filtering techniques in 
  21. their own renderers. 
  22.  
  23. This list describes some of the interestings aspects of the thesis:
  24.  
  25.      - 163 pages, double sided, single spaced
  26.      - 59 complex diagrams and images
  27.      - A thorough overview of the 2d texture mapping process (72 pages).  The 
  28.        tutorial/discussion begins assuming that the reader knows little about 
  29.        texture  mapping and slowly progresses through to advanced 2d  texture 
  30.        resampling. 
  31.      - Discussions,  explanations  and comparisons of  all  2d  anti-aliasing 
  32.        (resampling) techniques.
  33.      - How  robust  2d texture mapping and resampling was integrated  into  a 
  34.        production-quality scanline renderer. 
  35.      - Two detailed chapters on two new texture resampling techniques (EWA  & 
  36.        NIL).  This  includes theory, implementation and results, as  well  as 
  37.        "do-it-yourself" sections. 
  38.      - An   appendix   describing  parametric  curves  &  surfaces   from   a 
  39.        programmer's  (intuitive)  viewpoint  rather  than  a   mathematicians 
  40.        viewpoint. 
  41.      - An  appendix  describing in detail how to add  depth-of-field,  motion 
  42.        blur  and stochastic anti-aliasing effects to a  _scanline_  renderer. 
  43.        This augments existing research which implements these techniques uses 
  44.        distributed ray tracing or zbuffer algorithms. 
  45.  
  46. The table of contents and the abstract of the thesis follow:
  47.  
  48.                  Table of Contents
  49.                  =================
  50.  
  51. 1. The texturing process
  52.     1.1 Applications of texturing to computer graphics
  53.     1.2 The texturing process
  54.         1.2.1 Texture function selection
  55.         1.2.2 The texture "map" derivation
  56.         1.2.3 Texture distortion control
  57.         1.2.4 Rendering textured surfaces
  58.     1.3 Extended applications of texture filtering
  59.  
  60. 2.  Surface parameterizations, geometric mappings, and accurate texture rendering
  61.     2.1 Composing the compound texture map matrix
  62.         2.1.1 Derivation of the surface parameterization
  63.         2.1.2 Induced geometric surface parameterization
  64.         2.1.3 The projective surface parameterization
  65.             2.1.3.1 Computing an induced projective surface parameterization
  66.     2.2 Interpolation anomalies in a scanline renderer
  67.         2.2.1 Corrective solutions to interpolation anomalies
  68.         2.2.2 Retrofitting a scanline renderer for accurate texturing
  69.     2.3 Summary
  70.  
  71. 3. The Texture Resampling Process
  72.     3.1 The texture resampling problem
  73.     3.2 Resampling in the 1d domain
  74.         3.2.1 Introduction to aliasing in 1d signals
  75.         3.2.2 An overview of 1d signal processing
  76.             3.2.2.1 Filtering basics
  77.             3.2.2.2 Reconstruction filters
  78.             3.2.2.3 Discrete convolution
  79.         3.2.3 A naive implementation of 1d signal resampling
  80.         3.2.4 The ideal resampling process in 1d
  81.     3.3 Extension to 2d filtering
  82.     3.4 2D Resampling introduction
  83.         3.4.1 The screen-space-based ideal 2d resampling process
  84.         3.4.2 The texture-space-based ideal resampling process
  85.             3.4.2.1 Space-invariant filtering
  86.             3.4.2.2 Space-variant filtering
  87.     3.5 Approximating the ideal resampling process
  88.         3.5.1 Space-variant filtering with direct convolution
  89.             3.5.1.1 Non-uniform resampling with direct convolution
  90.             3.5.1.2 Retrospective on direct convolution
  91.         3.5.2 Constant-time direct convolution techniques
  92.             3.5.2.1 The MIP mapping technique
  93.             3.5.2.2 The summed-area table technique
  94.         3.5.3 Non-uniform resampling with ideal supersampling
  95.         3.5.4 Supersampling
  96.             3.5.4.1 Adaptive supersampling
  97.             3.5.4.2 Stochastic sampling
  98.     3.6 Preview of the EWA and NIL filtering techniques
  99.     3.7 Summary
  100.  
  101. 4. The Elliptical Weighted Average Filter
  102.     4.1 The EWA resampling filter
  103.     4.2 Overview of the EWA filtering technique
  104.         4.2.1 Operation of the EWA filter
  105.         4.2.2 Example run-through of the EWA filter
  106.     4.3 Implementation of the EWA in a scanline renderer
  107.     4.4 EWA filter extensions
  108.     4.5 Performance test results
  109.     4.6 Shortcomings of the EWA filter
  110.     4.7 Extending EWA for use with arbitrary filter functions
  111.     4.8 Future work
  112.     4.9 Summary
  113.  
  114. 5. NIL - Constant-time, Space-Variant filtering
  115.     5.1 Introduction to the NIL filtering process
  116.         5.1.1 Providing for Oddly-shaped convolution mask regions
  117.         5.1.2 Example use of the NIL filtering technique
  118.     5.2 Extensions to the NIL filtering algorithm
  119.         5.2.1 Extending NIL into a unified resampling technique
  120.         5.2.2 Improving the convolution mask area approximation
  121.         5.2.3 New patch subdivision techniques
  122.     5.3 Applying NIL to the checkerboard test image
  123.     5.4 NIL as a "texture manipulation" tool
  124.     5.5 Future work
  125.     5.6 Summary
  126.  
  127. 6. Conclusions
  128.     6.1 Comparison of the MIPmap, Supersampling, EWA & NIL techniques
  129.     6.2 Future work
  130.     6.3 Retrospective
  131.  
  132. A. Example Images using explicit and induced surface parameterizations
  133.     A.1 Image 1
  134.     A.2 Image 2
  135.  
  136. C. The 2D-3D projective surface parameterization algorithm
  137.  
  138. D. Reparameterizing the 4x4 orthographic projection matrix into a 4x3 matrix
  139.  
  140. E. The Fourier Transform
  141.  
  142. F. Fourier Convolution
  143.  
  144. G. Parametric curves and surfaces
  145.     G.1 Parametric curves
  146.         G.1.1 Example application of an Order 2 (bilinear) curve
  147.     G.2 Parametric surfaces
  148.  
  149. H. Integration of NIL into a scanline renderer
  150.  
  151. I. Application of an accumulation buffer in a scanline renderer
  152.     I.1 Depth-of-field effects
  153.     I.2 Stochastic and supersampled anti-aliasing
  154.     I.3 Motion blur
  155.  
  156. ============================================================================
  157.  
  158.                               Abstract 
  159.                               ========
  160.  
  161. Texture    mapping   is  a popular rendering  technique   used   in    three-
  162. dimensional   computer graphics. It  allows  textures  represented as digital 
  163. images to  be mapped across  surfaces   in   a   3D scene, providing a simple 
  164. method   for  adding  realistic  detail to computer generated   imagery.  The  
  165. process   of   transforming  a discrete 2D texture image onto a  3D   surface  
  166. and  subsequently onto the 2D projection window (the screen) is called  image 
  167. resampling. Deformations applied to the texture image  during  this   process  
  168. often   lead to  visual  artifacts  in  the  textured surface, many of  which 
  169. result  from frequencies  in  the transformed texture image too high for  the 
  170. output display to  reproduce.  These  artifacts can be removed  by  filtering 
  171. the texture in accordance with digital  signal  filtering  theory.
  172.  
  173. Texture filtering removes high frequencies from the texture image  before  it 
  174. is resampled to the screen. Since this tends to be  an  expensive  operation,  
  175. researchers   have   developed   several   cost   effective,    constant-time 
  176. techniques.  These   techniques   allow   the   filtering   operation  to  be 
  177. performed  in  a   bounded   number   of   accesses  to  the  texture  image, 
  178. independent  of  the  image's size.  However,  approximations  of  the  ideal 
  179. filtering   process  with  low  quality,  space-invariant  filter   functions  
  180. tend  to  produce poor results. 
  181.  
  182. The    major    contribution  of  this  thesis  is    the    adaptation   and 
  183. implementation   of  two recently  published   high-quality,   space-variant,  
  184. constant-time    filtering   techniques  into     the   author's     scanline  
  185. rendering system. These  are  the  "Elliptical Weighted  Average  Filter"  by 
  186. Greene and   Heckbert  and the "NIL Constant-Time Space-Variant   Filter"  by 
  187. Fournier and Fiume.
  188.  
  189. A     second    significant   contribution   of   this   thesis    is     the  
  190. development    of    stable   surface    parameterizations    for  projective 
  191. and    affine mappings.  The   solutions   presented   are applicable    both  
  192. to   texture   mapping    and   to   other   applications.  The  thesis  also 
  193. provides  a thorough overview of all  phases of the texture mapping  process, 
  194. including  a  tutorial  of    1D and 2D  filtering  theory,  and  a  detailed 
  195. review  of  existing   filtering  techniques.  An   appendix  describes   how  
  196. uniform   and   stochastic  supersampling,  depth-of-field and  motion   blur  
  197. were   accommodated   in  a  scanline  renderer  with  the  addition  of   an  
  198. accumulation  buffer.
  199.  
  200. -- 
  201. Robert Lansdale - (416) 978-6619       Dynamic Graphics Project    
  202. Internet: lansd@dgp.toronto.edu        Computer Systems Research Institute
  203. UUCP:   ..!uunet!dgp.toronto.edu!lansd University of Toronto
  204. Bitnet:      lansd@dgp.utoronto           Toronto, Ontario M5S 1A4, CANADA
  205.