Διδακτορικές διατριβές

Μόνιμο URI για αυτήν τη συλλογήhttps://pyxida.aueb.gr/handle/123456789/5

Περιήγηση

A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z

Α Β Γ Δ Ε Ζ Η Θ Ι Κ Λ Μ Ν Ξ Ο Π Ρ Σ Τ Υ Φ Χ Ψ Ω

Τώρα δείχνει 1 - 3 από 3

Accelerating geometric queries for computer graphics: algorithms, techniques and applications
(26-09-2024) Ευαγγέλου, Ιορδάνης; Evangelou, Iordanis; Athens University of Economics and Business, Department of Informatics; Fudos, Ioannis; Toumpis, Stavros; Markakis, Evangelos; Xylomenos, George; Dachsbacher, Carsten; Bittner, Jiri; Papaioannou, Georgios
Στο συνεχώς εξελισσόμενο τομέα των Γραφικών Υπολογιστών, η ζήτηση για ρεαλιστικά και σε πραγματικό χρόνο εικονικά περιβάλλοντα με αλληλεπίδραση σε ψηφιοποιημένα ή εκ γενετής ψηφιακά περιεχόμενα έχει εκθετικά αυξηθεί. Είτε πρόκειται για παιχνίδια, production rendering, computer-aided design reverse engineering, επεξεργασία και κατανόηση γεωμετρικής πληροφορίας ή διεργασίες προσομοίωσης, η ικανότητα γεωμετρικών αναζητήσεων οποιουδήποτε τύπου να εκτελούνται γρήγορα και με ακρίβεια είναι κρίσιμη. Η πραγματική μορφή ενός γεωμετρικού ερωτήματος ποικίλει ανάλογα με την εκάστοτε διεργασία, τον τομέα εφαρμογής, την αναπαράσταση της εισόδου και τη χρησιμοποιούμενη μεθοδολογία. Αυτά τα γεωμετρικά ερωτήματα μπορεί να περιλαμβάνουν ελέγχους τομής, όπως στην περίπτωση του ray tracing, χωρικά ερωτήματα, όπου χρειάζονται για την ανάκτηση πλησιέστερων γειτονικών δειγμάτων, γεωμετρική ανάκτηση, για την εξακρίβωση του τύπου των πολυγωνικών εισόδων ή ακόμα και κατανόηση μίας ολόκληρης εικονικής σκηνής για την ανάκτηση και ενσωμάτωση εναλλακτικών λύσεων, όπως στην περίπτωση βελτιστοποίησης και τοποθέτησης φωτιστικών πηγών. Καθώς οι εφαρμογές αυτών των αλγορίθμων και, συνεπώς, η πολυπλοκότητά τους αυξάνεται συνεχώς, τα βασικά αυτά γεωμετρικά ερωτήματα υστερούν όταν υιοθετούνται και ενσωματώνονται με απλοϊκό τρόπο σε πρακτικά σενάρια. Επομένως, αυτές οι μέθοδοι αντιμετωπίζουν περιορισμούς όσον αφορά την υπολογιστική αποδοτικότητα αυτών των αναζητήσεων. Αυτό είναι ιδιαίτερα έντονο σε σενάρια όπου πρέπει να ικανοποιηθεί ένας γιγάντιος αριθμός γεωμετρικών δεδομένων και ειδικότερα σε περιβάλλονται με διαδραστικό ή ακόμη και πραγματικό χρόνο απόδοσης. Τις περισσότερες φορές, πρέπει να εξετάσουμε και να κατανοήσουμε τους εσωτερικούς μηχανισμούς και τη θεωρία των αλγορίθμων που εκτελούν αυτά τα γεωμετρικά ερωτήματα. Αυτό είναι ιδιαίτερα χρήσιμο για την σχεδίαση κατάλληλων διαδικασιών προσαρμοσμένων στην εκάστοτε διεργασία, ώστε να μεγιστοποιηθεί η αποδοτικότητά τους, τόσο από άποψη ταχύτητας όσο και ποιότητας του αποτελέσματος. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα, να υπάρχει ένας τεράστιος τομέας έρευνας που μελετά καινοτόμες προσεγγίσεις για την επιτάχυνση των γεωμετρικών αυτών αναζητήσεων, σε μία προσπάθεια να αντιμετωπίσει τις προκλήσεις που προκύπτουν.Ο κύριος στόχος αυτής της διατριβής ήταν να αναπτύξει καινοτόμες μεθόδους για την επιτάχυνση γεωμετρικών αναζητήσεων στο τομέα των Γραφικών Υπολογιστών. Η εργασία αυτή είχε μία ολιστική προσέγγιση στην διερεύνηση αλγοριθμικών βελτιστοποιήσεων που συντελούν στην ανάπτυξη προηγμένων δομών δεδομένων και αρχιτεκτονικών νευρωνικών δικτύων, ειδικά προσαρμοσμένων στην αποτελεσματική διαχείριση γεωμετρικών συλλογών. Η έρευνα αυτή όχι μόνο συμπεριέλαβε την υπολογιστική πολυπλοκότητα των αναζητήσεων αυτών, αλλά και την προσαρμοστικότητα των προτεινόμενων λύσεων σε διάφορες εφαρμογές και σενάρια, κυρίως στο πεδίο των Γραφικών Υπολογιστών αλλά και σε άλλους διασταυρούμενους τομείς. Τα αποτελέσματα αυτής της διατριβής έχουν τη δυνατότητα να επηρεάσουν τους τομείς και τις αντίστοιχες μεθοδολογίες που την υιοθετούν, αντιμετωπίζοντας τις σχετικές υπολογιστικές προκλήσεις και ανοίγοντας νέους ορίζοντες στην απεικόνιση πραγματικού χρόνου, την διαδραστική προσομοίωση και τις εμβυθιστικές τεχνολογίες εικονικής πραγματικότητας.Πιο συγκεκριμένα, οι συνεισφορές αυτής της διατριβής μπορούν να χωριστούν σε δύο κύριες κατευθύνσεις με στόχο την επιτάχυνση των γεωμετρικών αναζητήσεων: α) τεχνικές αναζήτησης πλησιέστερων δειγμάτων άμεσα επιταχυνόμενες από το, hardware στο πεδίο του ολικού φωτισμού και β) εφαρμογή τεχνικών βαθιάς μάθησης για τον ορισμό νέων δομών δεδομένων αλλά και γενικών μεθόδων γεωμετρικών αναζητήσεων.Οι μεθοδολογίες που ανήκουν στην πρώτη κατηγορία εξετάζουν την αλγοριθμική εφαρμογή ολικού φωτισμού σε πραγματικό χρόνο χρησιμοποιώντας εκτιμητές πυκνότητας των φωτονίων. Συγκεκριμένα, διερευνούμε σενάρια με δύσκολα φαινόμενα φωτιστικών ανακλάσεων, όπως αυτά των caustics που μπορούν να αντιμετωπιστούν κυρίως από την οικογένεια φωτιστικών μοντέλων του progressive photon mapping και απαιτούν την σκέδαση μεγάλου αριθμού ακτίνων τόσο από την κάμερα όσο και από τις φωτεινές πηγές. Τα φωτόνια που προέρχονται από τα φωτεινές πηγές, αποθηκεύονται στις επιφάνειες της γεωμετρίας ή σε κάποιο ογκομετρικό μέσο. Από εκεί θα πρέπει να συγκεντρωθούν μέσω αναζητήσεων που εκτελούνται κατά τις σκεδάσεις των ακτινών που προέρχονται από την κάμερα. Για την επίτευξη πραγματικού χρόνου απόκρισης ανά καρέ, η συγκέντρωση φωτονίων ανά αναζήτηση πρέπει να εκτελεστεί αποτελεσματικά παρά την χρονοβόρα λειτουργία που πρέπει να εκτελεστεί. Αυτό επιτυγχάνεται προσαρμόζοντας το tracing των ακτίνων σε μία screen space τεχνική και χρησιμοποιώντας το splatting ως μία μέθοδο άμεσα επιταχυνόμενη από το rasterisation. Τέλος, δεδομένου ότι η συγκέντρωση γειτόνων σε φραγμένο χώρο είναι μία εγγενής υποκατηγορία της αναζήτησης πλησιέστερων γειτόνων, προτείνουμε επιπλέον την αποτελεσματική γενίκευση αυτής της έννοιας σε οποιαδήποτε μορφή διεργασίας που εκμεταλλεύεται τα υπάρχοντα περιβάλλοντα ray tracing, και είναι άμεσα επιταχυνόμενα από το υπάρχον υλικό στις σημερινές κάρτες γραφικών. Έτσι, ενισχύουμε αποτελεσματικά τη φάση διεκπεραίωσης αυτών τον αναζητήσεων κατά πολλές τάξεις μεγέθους σε σύγκριση με τις υπάρχουσες παραδοσιακές στρατηγικές που συχνά υλοποιούνται.Όσον αφορά την δεύτερη κατηγορία των συνεισφορών μας, εστιάζουμε το ενδιαφέρον μας σε μια γενικότερη κατηγορία γεωμετρικών αναζητήσεων. Η πρώτη περιλαμβάνει την ακριβή και γρήγορη κατηγοριοποίηση γεωμετρικών σχημάτων χρησιμοποιώντας νευρωνικά δίκτυα. Συγκεκριμένα δείχνουμε ότι μια υβριδική μεθοδολογία επεξεργάζεται τον προσανατολισμό σε συνδυασμό με την voxelised γεωμετρική αναπαράσταση είναι ικανή να διεκπεραιώνει δύσκολα για κατηγοροιοποιήση στερεές γεωμετρίες που συναντούνται στο χώρο των κτιριακών κατασκευών. Δεύτερον, εξετάζουμε τη κλάση γεωμετρικών αναζητήσεων που σχετίζονται με την ανάλυση εικονικών σκηνών. Πιο συγκεκριμένα, μελετάμε την βελτιστοποίηση τοποθέτησης και ανάθεσης των φωτιστικών εντάσεων σε δρόμους αστικών οικισμών, που είναι εκ των πραγμάτων μια υπολογιστικά περίπλοκη διεργασία, ειδικά για μεγάλες εισόδους και αντιφατικούς περιορισμούς. Οι υπάρχουσες μεθοδολογίες που χρησιμοποιούνται στη πρόσφατη βιβλιογραφία συνήθως εισάγουν υποθέσεις ως προς την αναπαράσταση της εισόδου για να μετριάσουν τη πολυπλοκότητα αυτής της διεργασίας. Ωστόσο, σε αυτήν τη διατριβή, προσεγγίζουμε αυτό το πρόβλημα με μια ολιστική λύση που μπορεί να παράγει εφικτές και ποικίλες λύσεις σε πραγματικό χρόνο υιοθετώντας μία οικογένεια generative νευρωνικών δικτύων. Τέλος, προτείνουμε μια νέα και γενικευμένη προσέγγιση για την επίλυση αναδρομικών συναρτήσεων κόστους για την κατασκευή δομών επιτάχυνσης γεωμετρικών αναζητήσεων. Η συγκεκριμένη εργασία δείχνει προς μία νέα ερευνητική κατεύθυνση με σκοπό την κατασκευή δομών δεδομένων που καθοδηγούνται από αναδρομικές συναρτήσεις κόστους χρησιμοποιώντας μεθοδολογίες νευρωνικών δικτύων. Στόχος μας είναι να παρακάμψουμε την εξαντλητική αλλά και αδύνατη αναζήτηση του χώρου καταστάσεων δοσμένης της συνάρτησης κόστους, ώστε να δημιουργήσουμε υψηλής ποιότητας δομές δεδομένων για χωρικές αναζητήσεις.
Efficient texture representation and sampling algorithms for real-time rendering
(Athens University of Economics and Business, 04-2013) Mavridis, Pavlos; Athnes University of Economics and Business, Department of Informatics; Papaioannou, Georgios
Doctoral Thesis - Athnes University of Economics and Business.
Photorealistic simulation and optimization of lighting conditions
(30-05-2024) Βίτσας, Νικόλαος; Vitsas, Nikolaos; Athens University of Economics and Business, Department of Informatics; Fudos, Ioannis; Toumpis, Stavros; Ntzoufras, Ioannis; Xylomenos, George; Wilkie, Alexander; Bittner, Jiří; Papaioannou, Georgios
Ο φωτισμός παίζει πολύ σημαντικό ρόλο στην καθημερινή μας ζωή, επηρεάζοντας την ασφάλεια, την άνεση, την ευημερία και την απόδοσή μας. Σήμερα, υπολογιστικές μέθοδοι και εργαλεία μπορούν να εφαρμοστούν για την παροχή συστάσεων με στόχο την βελτίωση των συνθηκών φωτισμού και την εξεύρεση ενεργειακά αποδοτικών τρόπων εκμετάλλευσης του φυσικού φωτισμού. Η παρούσα διατριβή ασχολείται με το πρόβλημα της υπολογιστικής βελτιστοποίησης της προσομοίωσης διάδοσης του φωτός για αποτελεσματικότερη κατανομή φωτισμού, βελτιώνοντας διάφορες πτυχές της διαδικασίας, όπως η παραμετρική διαμόρφωση της γεωμετρίας για τα ανοίγματα των κτιρίων και τον εσωτερικό σχεδιασμό, η αποτελεσματική δειγματοληψία φυσικού φωτισμού και η διαδραστική φωτορεαλιστική προσομοίωση της διάδοσης του φωτός μέσα από την παρακολούθηση ακτίνων. Η αναλυτική και σωστή προσομοίωση της διάδοσης φωτός βρίσκεται στον πυρήνα κάθε μιας από τις εργασίες μας και δείχνουμε πώς η σωστή προσομοίωση φωτισμού έχει ένα ευρύ πεδίο εφαρμογής που ξεφεύγει από την καθιερωμένη χρήση του για σύνθεση εικόνας σε τομείς όπως τα βιντεοπαιχνίδια και ο κινηματογράφος. Στον τομέα της καθοδηγούμενης από τον φωτισμό βελτιστοποίησης της γεωμετρίας, η διατριβή συνεισφέρει στο πρόβλημα του σχεδιασμού ανοιγμάτων και στη αυτοματοποιημένη διάταξη αντικειμένων για την σχεδίαση εσωτερικών χώρων. Ο σχεδιασμός ανοιγμάτων έρχεται στα αρχικά στάδια του αρχιτεκτονικού σχεδιασμού και αφορά στις αποφάσεις για τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά των παραθύρων, των φεγγιτών, των καταπακτών κ.λπ. Επηρεάζει σε μεγάλο βαθμό τη συνολική ενεργειακή απόδοση, το θερμικό προφίλ, τη ροή του αέρα και την εμφάνιση ενός κτιρίου, τόσο εσωτερικά όσο και εξωτερικά. Καθορίζει άμεσα την διαθεσιμότητα του φυσικού φωτισμού, η οποία είναι πολύ δύσκολο να προβλεφθεί και να εκτιμηθεί χωρίς αυτόματα εργαλεία. Στα πλαίσια της διατριβής, αναπτύξαμε μια υπολογιστική μέθοδο και ένα σύστημα για την αυτοματοποίηση της διαδικασίας σχεδίασης ανοίγματών σε ένα πλήρως διαδραστικό εικονικό περιβάλλον, υποστηρίζοντας παραμετρικούς γεωμετρικούς περιορισμούς και φωτιστικούς στόχους. Χρησιμοποιώντας βελτιστοποίηση κατά Bayes υπολογίζουμε το σχήμα, τη θέση, το μέγεθος και τον αριθμό των ανοιγμάτων ώστε να προταθούν αρχιτεκτονικά σωστά ανοίγματα στη γεωμετρία του κτιρίου τα οποία ικανοποιούν τους φωτιστικούς στόχους. Για το πρόβλημα του καθοδηγούμενο από τον φωτισμό εσωτερικού σχεδιασμού, προτείναμε και αξιολογήσαμε μια διαδικασία εσωτερικής διαρρύθμισης για την αυτοματοποιημένη παραγωγή έγκυρων διατάξεων αντικειμένων που ικανοποιούν γεωμετρικούς περιορισμούς και περιορισμούς φωτισμού. Οι περιορισμοί φωτισμού αφορούν σε σωστά επίπεδα φωτισμού, ομοιομορφία του φωτισμού αλλα και στην μείωση της θάμβωσης απο ανακλάσεις σε γυαλιστερές επιφάνειες. Οι γεωμετρικοί στόχοι και οι στόχοι φωτισμού συνδυάζονται σε μια συνάρτηση κόστους που επιτρέπει μια ιεραρχική, στοχαστική εξερεύνηση του διαθέσιμου χώρου έγκυρων διαταξεων των αντικειμένων.Η βελτιστοποίηση της αξιοποίησης του φυσικού φωτισμού αποτελεί αναπόσπαστο μέρος κάθε διαδικασίας σχεδιασμού εξωτερικών και εσωτερικών χώρων. Τέτοιες διαδικασίες διευκολύνονται απο μια ακριβή προσομοίωση της συνεισφορας ενέργειας του ουράνιου στερεώματος. Στον τομέα των γραφικών υπολογιστών, οι αναλυτικές μαθηματικές φόρμουλες για την υπολογιστική προσομοίωση ενός καθαρού ουρανού αποτελούν μια αποδοτική μέθοδο για τη δημιουργία φυσικών και ακριβή χαρτών περιβάλλοντος του ουρανού για καθαρές ηλιόλουστες συνθήκες. Ωστόσο, κατά την προσομοίωση της διάδοσης φωτός, απαιτείται αποτελεσματική δειγματοληψία αυτών των εικόνων περιβάλλοντος βάσει της κατανομής ενέργειας στο ουράνιο στερέωμα. Αυτό συνήθως γίνεται μέσω γενικών μεθόδων στατιστικής δειγματοληψίας σημαντικότητας, με βάση την τιμή των εικονοστοιχείων της εικόνας. Αυτές τείνουν να είναι αργές και σπάταλες απο άποψη μνήμης συγκριτικά με την προβλέψιμη συμπεριφορά των αναλυτικών μοντέλων προσομοίωσης ουρανού. Στα πλαίσια της διατριβής, προτείνουμε και αξιολογούμε μια μέθοδο για την προσαρμογή ενός πιθανοτικού μίγματος μοντέλων, βασισμένο σε περικομμένες κανονικές κατανομές, πάνω στην κατανομή ακτινοβολίας του χάρτη περιβάλλοντος του ουρανού, η οποία επιτρέπει γρήγορη και ακριβή παραγωγή δειγμάτων.Η βελτιστοποίηση της γεωμετρίας με γνώμονα το φως απαιτεί ακριβή και αποδοτική προσομοίωση της διάδοσης του φωτός, καθώς ένας πολύ μεγάλος αριθμός διαδρομών φωτεινής ενέργειας πρέπει να αξιολογηθεί για κάθε νέα προτεινόμενη κατάσταση. Οι εξελίξεις στους επιταχυντές γραφικών έχουν καταστήσει δυνατή τη διαδραστική παρακολούθηση ακτίνων, η οποία βασίζεται σε ιδιαίτερα βελτιστοποιημένες δομές δεδομένων για την επιτάχυνση της εύρεσης τομών ακτίνων με την γεωμετρία. Οι ιεραρχίες όγκων που βασίζονται σε ορθογώνια παραλληλεπίπεδα, αποτελούν μια αποδοτική δομή δεδομένων για την εύρεση τομών ακτίνας-γεωμετρίας. Παρόμοιες ιεραρχίες από προσανατολισμένα παραλληλεπίπεδα (ΠΠς) παρέχουν αποδοτικότερη πλαισιώση της επιμέρους γεωμετρίας, μειώνοντας αρκετά των αριθμό των απαιτούμενων τομών κατά την διάσχιση της ιεραρχίας. Ωστόσο η κατασκευή τους απαιτεί πολύπλοκους αλγορίθμους για τον υπολογισμό καλά προσαρμοσμένων ΠΠς. Για να επιταχύνουμε περαιτέρω την παρακολούθηση ακτίνων για τις εργασίες μας, προσαρμόσαμε κατάλληλα έναν αλγόριθμο εξαγωγής υψηλής ποιότητας ΠΠς από μη ταξινομημένα σύνολα 3Δ σημείων ώστε να λειτουργεί απευθείας σε υπάρχουσες ιεραρχίες, για την αποτελεσματική κατασκευή ενός δέντρου από ΠΠς με χρήση του επιταχυντή γραφικών. Συνδυάζοντας τη μέθοδό μας με υπάρχοντες αλγορίθμους από τη βιβλιογραφία που κατασκευάζουν ιεραρχίες σε πραγματικό χρόνο, καταφέρνουμε να παράγουμε δενδρικές δομές απο ΠΠς που είναι εξαιρετικά γρήγορες στην κατασκευή και τη διάσχιση στον επυταχυντή γραφικών. Επιπλέον, αναπτύξαμε και παρουσιάσαμε το WebRays, την πρώτη γενική προγραμματιστική βιβλιοθήκη για παρακολούθηση ακτίνων που τρέχει σε περιβάλλον φυλλομετρητή. Η βιβλιοθήκη προσφέρει μια προγραμματιστική διεπαφή παρόμοια με τις σύγχρονες βιβλιοθήκες παρακολούθησης ακτίνων για επιτραπέζιους υπολογιστές. Σκοπός μας ήταν να διευκολυνθεί η υλοποίηση εργαλείων για την καθοδηγούμενη από το φωτισμό σχεδίαση και η προσβασιμότητα απο περισσότερες υπολογιστικές πλατφόρμες όπως ο Παγκόσμιος Ιστός.

Περιήγηση

Πλοήγηση Διδακτορικές διατριβές ανά Επιβλέπων "Papaioannou, Georgios"