Ray Tracing News 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

Ray Tracing en Global Illumination praktische inleiding over beschikbare software

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

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

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

Ray Tracing herhaling camera pixelrooster scène camera pixelrooster scène

Ray Tracing herhaling primaire straal

Ray Tracing herhaling primaire straal raakpunt schaduw en shading…

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

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

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

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

POV-Ray ( hobby, artistiek, andere terminologie brede basisimplementatie uitbreidbaarheid is geen doel praktische documentatie en tutorials standaard ray tracing

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

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

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

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 }

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

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

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

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

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

POV-Ray

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

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

Global Illumination diffuse interreflecties

Global Illumination diffuse interreflecties glossy reflecties

Global Illumination diffuse interreflecties glossy reflecties caustics

Global Illumination diffuse interreflecties glossy reflecties caustics fysisch correct

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

Global Illumination herhaling

directe/indirecte belichting samen

Global Illumination herhaling directe/indirecte belichting apart

Global Illumination herhaling path tracing

Global Illumination herhaling path tracing L =...

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Global Illumination herhaling photon mapping pass 1: store

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

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

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

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

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

PBRT ( 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

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

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

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

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

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,...

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,...

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” [ ] “normal N” [ ] “vector S” [ ] “integer indices” [ ] Texture “green” “color” “constant” “color value” [0 1 0] Material “matte” “texture Kd” [“green”] Material “matte” “color Kd” [0 1 0]

PBRT syntax LookAt # camera punt lookat punt up vector Camera “perspective” “float fov” [30] SurfaceIntegrator “path” Accelerator “kdtree”

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]

PBRT OpenEXR ( –Industrial Light & Magic (Lucasfilm) –high dynamic range –in postproces exposure aanpassen

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

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; };

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

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