OpenSG

Die Arbeit befaßt sich mit dem Problem des Szenengraphen. Aktuell bekannte Systeme wie OpenGL Performer, Open Inventor etc. decken aktuelle und kommende Anforderungen nur ungenügend ab. Die Arbeit konzentriert sich auf 3 Schwerpunkte: Erweiterbarkeit, Parallelisierung und Graphikhardwareabstraktion. Erweiterbarkeit ist angesichts der ständig wechselnden Anforderungen, die von neuen Anwendungen gestellt werden, ein zentrales Problem. Dazu werden Mechanismen entwickelt und vorgestellt, die eine dynamische Erweiterung des Systems erlauben. Dies betrifft sowohl die Erzeugung von Objekten als auch die spätere Manipulation derselben, die über ein Reflektivitätskonzept gewährleistet wird. Auch die aktiven Komponenten des Systems, die Traversierungen, werden in ein neues, erweiterbares Konzept eingebettet. Parallelverarbeitung wird durch die aktuellen Entwicklungen im Prozessor- und Systembereich immer wichtiger. In VR-Anwendungen existieren viele parallel ausführbare Aufgaben, die alle die Daten des Szenegraphen benötigen und manipulieren. Um diese voneinander zu trennen benötigt jede eine Kopie des Szenengraphen. Durch geeignete Synchronisation der Zugriffe konnte dieses mit geringem Speichermehraufwand erreicht werden, bei gleichzeitigem effizientem Zugriff und leichter Verteilung der Daten zwischen verschiedenen Threads. Die Graphikhardwareabstraktion wird durch die sehr rasche Entwicklung im Graphikkartenmarkt und die daraus entstehende Diversifikation immer wichtiger. Gleichzeitig entfernen sich die Algorithmen zur Echtzeitdarstellung immer weiter von den klassischen, einfach Ansätzen und verwenden mehrere Passes und/oder Stages um ihre Ergebnisse zu erzielen. Um diese verschiedenen Fähigkeiten einer Anwendung in sinnvoller Weise zur Verfügung zu stellen und sie von dem Komplexitäten zu isolieren wurden zum einen Verfahren zur leicht erweiterbaren Kapselung des OpenGL-Zustandes entwickelt, die dann auf der Basis meiner neuen Zwischenstruktur, dem sog. Draw Tree, zur Optimierung und Abstraktion der Darstellung dienen. Die zentralen Verfahren, die in dieser Arbeit entwickelt wurden, sind im frei verfügbaren OpenSG-System (www.opensg.org) implementiert worden. Es wird in unterschiedlichen Projekten in verschiedenen Universitäten und Forschungseinrichtungen verwendet und weiterentwickelt.

This work covers the problems of scene graph systems. Currently used systems like Open Inventor or OpenGL Performer cover current and coming developments only partially. The work is concerned with three main parts: Extensibility, Parallelisation and Graphics Hardware Abstraction. Extensibility is a central problem given the quickly changing requirements posed by new applications. To support it new mechanisms are developed that allow dynamically extending the system. This concerns object creation as well as manipulation of objects, which is done via a reflectivity concept. The active components of the system, the traversals, have also been embedded into a new, extensible concept. Parallel processing is gaining importance due to the latest developments in processor and system architectures. In a VR application there are a number of independent tasks which can be executed in parallel and which access and anipulate the scene graph's data. To protect these from each other each task needs a private copy of the data. Using an appropriate synchronisation of accesses this division could be achieved using minimal memory overhead while allowing fast access and easy distribution of data between threads. Graphics hardware abstraction is forced by the growing diversification in the graphics board market. At the same time algorithms to create real time displays are moving further and further away from the classic, simple approaches and switch to using multiple stages and/or passes to create the final image. To give an application a usable access to these features without burdening it with too many details an extensible method to encapsulate the OpenGL state has mbeen developed, which together with a new structure called DrawTree is used optimize and abstract the display tasks. The central algorithms and methods developed in this work have been implemented in the free OpenSG system (www.opensg.org). It is used and enhanced by a number of universities and research institutes.