Ray Tracing News RTNv19n1: September 30, 2006 –Introduction –Ray Tracing Roundup –Notes on Efficient Ray Tracing –Ray-Box.

Presentatie over: "Ray Tracing News RTNv19n1: September 30, 2006 –Introduction –Ray Tracing Roundup –Notes on Efficient Ray Tracing –Ray-Box."— Transcript van de presentatie:

1

2 Ray Tracing News http://www.raytracingnews.org/ RTNv19n1: September 30, 2006 –Introduction –Ray Tracing Roundup –Notes on Efficient Ray Tracing –Ray-Box Sorting –BVHs and Memory Coherence –“So long and thanks for all the fish...” –Ray/Box Intersection Optimization –SIGGRAPH 2006 Report

3 Ray Tracing en Global Illumination praktische inleiding over beschikbare software

4 Ray Tracer from scratch practicum CG1 leerrijk, maar tijdrovend matrix, vector, kleur, afbeelding, camera, straal, puntlicht, driehoek,... ontwerpkeuzes

5 Beschikbare renderers “standing on the shoulders of giants” doel –hobby ray tracer met beperkte fysische basis bv. POV-Ray –academische, fysisch gebaseerde global illumination renderer bv. PBRT, RenderPark, Radiance, … basisimplementatie –meer mogelijkheden dan je zelf zou schrijven uitbreidbaarheid

6 Overzicht Ray Tracing –korte herhaling van CG1 –voorbeeld: POV-Ray Global Illumination –korte herhaling van CG1, meer info: zie CG2 –voorbeeld: PBRT

7 Ray Tracing herhaling camera pixelrooster scène camera pixelrooster scène

8 Ray Tracing herhaling primaire straal

9 Ray Tracing herhaling primaire straal raakpunt schaduw en shading…

10 Ray Tracing herhaling schaduw schaduwstraal van raakpunt naar lichtbron raakt ander object? raakpunt niet belicht

11 diffuus cosinus (N.L) Ray Tracing herhaling speculair spiegeling (N.V) = (N.R) recursie Phong (glans) cosinus (R.V) of (N.H) exponent n

12 Ray Tracing herhaling recursie –reflectie –refractie wet van Snellius lucht (n=1)glas (n=1,5) oppervlak normaal = buiten

13 Ray Tracing herhaling ray tracing à la Whitted 1980 uitbreidingen –oppervlaktelichtbron (zachte schaduwen) –participerende media hacks –ambiënt licht

14 POV-Ray (www.povray.org) hobby, artistiek, andere terminologie brede basisimplementatie uitbreidbaarheid is geen doel praktische documentatie en tutorials standaard ray tracing

15 POV-Ray fotorealisme mogelijk door te tweaken –Internet Ray Tracing Competition (www.irtc.org) niet fysisch gebaseerd, geen global illumination –radiosity, photon map uitbreidingen

16 POV-Ray syntax camera { perspective location look_at up angle 50 }

17 POV-Ray syntax light_source { // positie color rgb pointlight } light_source { // positie color rgb area_light // afmetingen 8, 8 // stratificatie jitter }

18 POV-Ray syntax plane { y, -1 // vlak y=-1 } box { // hoekpunten } sphere {, 1 // center, straal } cone {, 0.0, // punt op as, straal 0, 1.0 // punt op as, straal 1 }

19 POV-Ray syntax mesh { triangle {,, // hoeken uv_vectors,, // textuurcoordinaten } smooth_triangle {,, // hoek, normaal, // hoek, normaal uv_vectors,, // textuurcoordinaten }

20 POV-Ray syntax texture { // materiaal pigment { // basiskleur //... } normal { // bump map //... } finish { // glans //... }

21 POV-Ray syntax pigment { color rgb } pigment { image_map { jpeg "filename.jpg" }

22 POV-Ray syntax normal { bumps 0.5 // proceduraal } normal { bump_map { gif "filename.gif" }

23 POV-Ray syntax finish { phong 0.9 phong_size 60 // 1 - 250 // of specular 0.9 roughness 0.02 // 0.0005 – 1 reflection 0.8 // modifiers metallic // kleur highlight conserve_energy }

24 POV-Ray

25 uitbreidbaarheid? C++ redelijk leesbare code weinig structuur code aanpassen functionaliteit toevoegen?

26 Overzicht Ray Tracing –korte herhaling van CG1 –voorbeeld: POV-Ray Global Illumination –korte herhaling van CG1, meer info: zie CG2 –voorbeeld: PBRT

27 Global Illumination diffuse interreflecties

28 Global Illumination diffuse interreflecties glossy reflecties

29 Global Illumination diffuse interreflecties glossy reflecties caustics

30 Global Illumination diffuse interreflecties glossy reflecties caustics fysisch correct

31 Global Illumination diffuse interreflecties glossy reflecties caustics fysisch correct radiosity + stochastic ray tracing radiosity ray tracingfoto

32 Global Illumination herhaling

33

34 directe/indirecte belichting samen

35 Global Illumination herhaling directe/indirecte belichting apart

36 Global Illumination herhaling path tracing

37 Global Illumination herhaling path tracing L =...

38 Global Illumination herhaling path tracing L =... –emissie

39 Global Illumination herhaling path tracing L =... –emissie –directe belichting

40 Global Illumination herhaling path tracing L =... –emissie –directe belichting –indirecte belichting komt van overal

41 Global Illumination herhaling path tracing L =... –emissie –directe belichting –indirecte belichting uit 1 richting

42 Global Illumination herhaling path tracing L =... –emissie –directe belichting –indirecte belichting komt van ergens

43 Global Illumination herhaling path tracing L =... –emissie –directe belichting –indirecte belichting recursief

44 Global Illumination herhaling path tracing L =... –emissie –directe belichting –indirecte belichting recursief

45 Global Illumination herhaling path tracing L =... –emissie –directe belichting –indirecte belichting recursief

46 Global Illumination herhaling path tracing L =... –emissie –directe belichting –indirecte belichting recursief

47 Global Illumination herhaling path tracing L =... –emissie –directe belichting –indirecte belichting recursief

48 Global Illumination herhaling path tracing L =... –emissie –directe belichting –indirecte belichting recursief

49 Global Illumination herhaling path tracing L =... –emissie –directe belichting –indirecte belichting recursief –aantal keer per pixel

50 Global Illumination herhaling path tracing in principe volledig maar soms traag –bv. caustics

51 Global Illumination herhaling photon mapping pass 1: store

52 Global Illumination herhaling photon mapping pass 1: store –positie (x, y, z) –inkomende richting –vermogen (r, g, b)

53 Global Illumination herhaling photon mapping pass 1: store –positie (x, y, z) –inkomende richting –vermogen (r, g, b) –in kd-tree

54 Global Illumination herhaling photon mapping pass 1: store –positie (x, y, z) –inkomende richting –vermogen (r, g, b) –in kd-tree –los van geometrie

55 Global Illumination herhaling photon mapping pass 1: store –globale map –caustic map

56 Global Illumination herhaling photon mapping pass 1: store pass 2: gather –soort stochastic ray tracing: emissie directe belichting caustic map indirecte belichting globale map

57 PBRT (www.pbrt.org) academisch beperkte basisimplementatie –moderne, leesbare algoritmes –performant, maar geen micro-optimalisaties extreem uitbreidbaar –bijna alles in plugins documentatie –directe overeenkomst theorie en implementatie –gekende terminologie

58 PBRT boek: Physically Based Rendering: From Theory to Implementation –M. Pharr, G. Humphreys. 2004. –incl. CD met bin, src v1.0 en prentjes site: www.pbrt.org –source code v1.02 Windows (Visual Studio, Cygwin) Linux / MacOS X –plugins –errata & bugtracking

59 PBRT globale belichting, fysisch gebaseerd fotorealisme als je realistische invoer geeft

60 PBRT globale belichting, fysisch gebaseerd fotorealisme als je realistische invoer geeft

61 PBRT globale belichting, fysisch gebaseerd fotorealisme als je realistische invoer geeft

62 PBRT plugins accelerators: kdtree, grid camera’s: perspective, environment, orthographic filters: mitchell, box, gaussian, sinc, triangle integrators: directlighting, irradiancecache, path, photonmap, whitted,... samplers: lowdiscrepancy, stratified,...

63 PBRT lights: area, distant, infinite, point, projection, spot,... materials: matte, glass, mirror, plastic, shinymetal, translucent, uber,... shapes: cone, cylinder, disk, loopsubdiv, nurbs, sphere, trianglemesh,... textures: checkerboard, constant, dots, fbm, imagemap, marble, windy, wrinkled,...

64 PBRT syntax Identifier “class” (“type name” [value])* Film “image” “string filename” [“foo”] Sampler “stratified” “bool jitter” [“true”] LightSource “spot” “float coneangle” [30] Shape “trianglemesh” “point P” [0 0 0 0 1 0 1 0 0] “normal N” [0 0 1 0 1 1 1 0 1] “vector S” [1 1 0 1 0 0 0 1 0] “integer indices” [0 1 2...] Texture “green” “color” “constant” “color value” [0 1 0] Material “matte” “texture Kd” [“green”] Material “matte” “color Kd” [0 1 0]

65 PBRT syntax LookAt 0 10 100 0 -1 0 0 1 0 # camera punt lookat punt up vector Camera “perspective” “float fov” [30] SurfaceIntegrator “path” Accelerator “kdtree”

66 PBRT syntax PixelFilter “box” “float xwidth” [.5] “float ywidth” [.5] Sampler “stratified” “integer xsamples” [2] “integer ysamples” [2] “bool jitter” [“true”] Film “image” “string filename” [“name.exr”] “integer xresolution” [800] “integer yresolution” [600]

67 PBRT OpenEXR (www.openexr.com) –Industrial Light & Magic (Lucasfilm) –high dynamic range –in postproces exposure aanpassen

68 PBRT syntax WorldBegin LightSource “point” “point from” [0 1 0] AttributeBegin Translate 0 2 0 Rotate 135 1 0 0 # hoek en as Material “matte” “color Kd” [1 0 0] Shape “sphere” “float radius” [2] # altijd center [0 0 0], dus Translate AttributeEnd WorldEnd

69 PBRT plugins #include “shape.h” class Sphere: public Shape { public: Sphere(...); BBox ObjectBound() const; bool Intersect(const Ray &ray, float *tHit,...) const; bool IntersectP(const Ray &ray) const; float Area() const; Point Sample(float u1, float u2,...) const; float Pdf(...) const; };

70 PBRT plugins Shape *CreateShape(...) { float radius = params.FindOneFloat("radius", 1.0f); return new Sphere(radius,...); } Shape “sphere” “float radius” [2]

71

72

73

74 Praktische rendering Eigen PC Graphics “aquarium” –Athlon 64 X2 (dual core) –uitbreiding PC-klas –40-tal Pentium IV Cluster (www.vic.cc.kuleuven.be) –400-tal Opteron250 cores –binnenkort 480-tal extra