A framework for real-time distribution and rendering of plants on large-scale landscapes

Rendering vegetation on virtual terrains is an important issue in computer graphics as plants comprehend an integral part of natural landscapes. The main challenges are associated with the complexity of natural ecosystems and the massive number of elements to distribute and render. In particular, plant distribution is often pre-computed, imposing long iteration times during editing and requiring considerable storage space. With the advances of modern GPUs, it is possible to distribute plants at runtime. This dissertation presents a real-time framework to populate virtual scenarios with grass, bushes, and trees. The framework is based on a viewdependent data structure employed to request, manage and render plants dynamically. The inputs of our system are the terrain heightmap and vector features representing natural and human-made distribution constraints such as roads, rivers, and lakes. Based on textures derived automatically from the input data, a GPU-based algorithm evaluates a set of placement rules to determine the plant distributions. The elements generated are dynamically batched and rendered using geometry instancing. The framework allows the quick population of vast terrains with a small runtime overhead.A renderização de vegetação em terrenos virtuais é um problema importante em computação gráfica pois as plantas compreendem uma parte predominante das paisagens naturais. Os principais desafios técnicos estão associados à complexidade dos ecossistemas naturais e ao grande número de elementos para distribuir e processar. Em particular, a distribuição de plantas é frequentemente pré-computada, impondo longos tempos de iteração durante a edição e exigindo considerável espaço de armazenamento. Com os avanços das GPUs modernas, é possível distribuir as plantas em tempo de execução. Essa dissertação apresenta um framework em tempo-real para preencher cenários virtuais com grama, arbustos e árvores. Ele é baseado em uma estrutura de dados dependente da visão utilizada para solicitar, gerenciar e renderizar plantas dinamicamente. As entradas do framework são o mapa de altura do terreno e os dados vetoriais que representam restrições naturais e realizadas pelo homem que afetam a distribuição, tais como como estradas, rios e lagos. Um algoritmo baseado em GPU avalia um conjunto de regras de posicionamento utilizando texturas derivadas automaticamente dos dados de entrada para determinar as distribuições de plantas. Os elementos gerados são agrupados e renderizados dinamicamente utilizando instanciação de geometria em GPU. O framework permite a rápida população de vastos terrenos com uma pequena sobrecarga de tempo de execução