Directe belichting in ray tracing

Presentatie over: "Directe belichting in ray tracing"— Transcript van de presentatie:

1 Directe belichting in ray tracing
Eindverhandeling van Alex Vanden Abeele Promotor: Prof. Dr. ir. Philip Dutré Begeleider: ir. Olivier Dumont

2 Inhoud Situering Local Illumination Environments
Resultaten en conclusie

3 Beeldsynthese via ray tracing
Scène met objecten, lichtbronnen en een camera. Stralen vanuit de camera snijden met objecten in de scène Bepaal kleur gegeven de lichtinval lichtbron camera scene scherm

4 Directe belichting in ray tracing
Beschouw enkel het licht dat rechtsreeks van de bron komt. Vraag Ligt een punt in de schaduw van een punt op een lichtbron? Het “beantwoorden” van deze vraag is het grootste knelpunt in standaard ray tracing. Schaduw?

5 Directe belichting in termen van de RE
De rendering vergelijking voor het evalueren van de directe belichting*: V(x,y) is de visibiliteitsfunctie. x = snijpunt in de scene y = punt op de lichtbron resultaat is 0 wanneer x voor y in de schaduw ligt, anders 1. Probleemstelling: het evalueren van deze term. y x * bron: Global Illumination Compendium

6 Mogelijke methoden voor V(x,y)
Standaard RT: Controleer alle objecten in de scene op intersectie. Spatial subdivision: Octree, K-D tree,…  Enkel een deel van de objecten worden gecontroleerd. Shaft culling Enkel objecten binnen een “schacht” tussen het snijpunt en de lichtbron worden beschouwd. Local Illumination Environments…

7 Inhoud Situering Local Illumination Environments
Resultaten en conclusie

8 Local Illumination Environments*
Een octree wordt gecreëerd voor de scène Bij het bemonsteren van de lichtbron worden blokkers die men tegenkomt bijgehouden in de cel. De constructie van de structuur gebeurt afhankelijk van de positie van de camera. * S. Fernandez, K. Bala, D. P. Greenberg

9 Preprocessed Local Illumination Environments
Die structuur wordt in deze verhandeling aangepast: Per zijde van elke cel (6 zijden) Per zichtbare lichtbron Bepaal blokkers tussen lichtbron en de zijde Bepaal umbra-regio op de zijde Bepaal penumbra-regio op de zijde

10 Preprocessed Local Illumination Environments
De constructie van de structuur gebeurt vóór het renderen en bijgevolg onafhankelijk van de positie van de camera. Voordelen Alle blokkers in een cel zijn gekend op voorhand. Men kan op intersectie testen met de umbra-regio. Men kan op intersectie testen met de penumbra-regio. Onafhankelijk van de camera.

11 Algoritme voor het evalueren van V(x,y)
Bepaal door welk zijde van de cel de straal gaat Geen data = punt in schaduw Controleer op intersectie met umbra regio Intersectie = punt in schaduw Controleer op intersectie met penumbra regio Geen intersectie = punt in licht Controleer op intersectie met de blockers Controleer op intersectie met eigen objecten Anders: punt in licht

12 Constructie - octree Scène Octree

13 Constructie – detectie blokker
Voor elk zijde Voor elke lichtbron Clip blokkers tegen schacht Schacht Blokkers voor een cel

14 Constructie - umbra en penumbra
Voor elke gevonden geclipte blokker bepaal umbra regio op bijhorend vlak bepaal penumbra regio op bijhorend vlak Umbra voor een cel Bepaling dmv projectie en intersectie van de projectie Penumbra voor een cel

15 Constructie - optimalisatie: verwijderen
Wanneer een zijde van een cel volledig in de umbra regio ligt Verwijder bijhorend gegevensobject Geen data = volledig in schaduw of niet belicht Dit vermijdt onnodige intersectie testen. Dus versnelt het renderen

16 Constructie - optimalisatie: verfijnen
Wanneer een cel deels in een umbra regio valt Splits deze cel verder op In enkele deelcellen kunnen de gevensobjecten verwijderd worden. Wat opnieuw het renderen versnelt

17 Constructie - optimalisatie: propagatie
Als een cel volledig in een umbra regio ligt Dan ook bepaalde buren Deze informatie wordt doorgegeven En moet in de buur niet meer berekend worden Dit versnelt de constructie

18 Inhoud Situering Local Illumination Environments
Resultaten en conclusie

19 Enkel de tijd voor de shading wordt vergeleken.
Resultaten Doel Een snellere evaluatie van de visibiliteitsfunctie V(x,y). Snelheid wordt vergeleken met een octree. Verwacht sneller, want Alle mogelijke blokkers voor een hit zijn op voorhand gekend. Zelfs umbra en penumbra informatie is op voorhand gekend. Enkel de tijd voor de shading wordt vergeleken. Van de tijdsmetingen werd een gewogen gemiddelde genomen.

20 Resultaten - testscènes

21 Resultaten - Versnelling
Controleren op intersectie met umbra en penumbra regio levert niet op: het duurt langer. Ray tracen met P-LIE: 45% minder tijd nodig. P-LIE met verfijning volgens umbra: 51% minder tijd nodig.

22 Resultaten – Duur van de constructie
0.03 x aantalDriehoeken seconden Zonder verfijning 0.1 x aantalDriehoeken seconden Met verfijning volgens umbra regio 0.002 x aantalDriehoeken seconden Zonder bepaling van umbra en penumbra regio’s B.v. voor een scène met driehoeken resp: 300’’ - 960’’ - 20’’

23 Conclusie De P-LIE structuur halveert (bijna) de tijd voor het evalueren van de directe belichting. Intersectie met umbra en penumbra regio leveren niet op. Verfijnen volgens umbra verhoogt de versnelling.

24 Constructie-duur van de LIE-structuur
Conclusie Constructie-duur van de LIE-structuur Is groot in vergelijking met een octree. Oorzaak: bepalen van de umbra regio. Niet bepalen: - Geen optimalisaties + Snelle constructie

25 Conclusie – Toekomstige iteraties?
Geen triangularisatie van de blockers, umbra en penumbra regio. Minder intersecties, maar intersectie met polygons. Andere blokker detectie methoden. O.a. dmv bemonsteren. Dynamische scènes Global Illumination Globale zichtbaarheid Bijhouden van caustic-regio’s

26 Vragen?