- Главная
- Разное
- Дизайн
- Бизнес и предпринимательство
- Аналитика
- Образование
- Развлечения
- Красота и здоровье
- Финансы
- Государство
- Путешествия
- Спорт
- Недвижимость
- Армия
- Графика
- Культурология
- Еда и кулинария
- Лингвистика
- Английский язык
- Астрономия
- Алгебра
- Биология
- География
- Детские презентации
- Информатика
- История
- Литература
- Маркетинг
- Математика
- Медицина
- Менеджмент
- Музыка
- МХК
- Немецкий язык
- ОБЖ
- Обществознание
- Окружающий мир
- Педагогика
- Русский язык
- Технология
- Физика
- Философия
- Химия
- Шаблоны, картинки для презентаций
- Экология
- Экономика
- Юриспруденция
Трассировка лучей. Алгоритмы поиска пересечений презентация
Содержание
- 1. Трассировка лучей. Алгоритмы поиска пересечений
- 2. На прошлой лекции Полигональные модели Текстура используется
- 3. На лекции Трассировка лучей. Сравнение с
- 4. ТРАССИРОВКА VS. РАСТЕРИЗАЦИЯ Часть 1/3 30 ноября 2006 Основы синтеза изображений
- 5. Экранизация в компьютерной графике 30 ноября 2006
- 6. Растеризация 30 ноября 2006 Основы синтеза изображений
- 7. Растеризация: особенности 30 ноября 2006 Основы синтеза
- 8. Генерация луча Трассирование луча Пересечение
- 9. Генерация луча Трассирование луча Пересечение
- 10. Генерация луча Трассирование луча Пересечение
- 11. Трассировка лучей: трассирование луча
- 12. Трассировка лучей : трассирование луча
- 13. Генерация луча Трассирование луча Пересечение
- 14. Генерация луча Трассирование луча Пересечение
- 15. Генерация луча Трассирование луча Пересечение
- 16. Генерация луча Трассирование луча Пересечение
- 17. Генерация луча Трассирование луча Пересечение
- 18. Генерация луча Трассирование луча Пересечение
- 19. Генерация луча Трассирование луча Пересечение
- 20. Генерация луча Трассирование луча Пересечение
- 21. Трассировка лучей: свойства Глобальное освещение
- 22. Растеризация vs. Трассировка лучей Определение: растеризация Дан
- 23. Растеризация vs. Трассировка лучей 3D индекс в
- 24. Растеризация vs. Трассировка лучей Слияние: 2D-сетка +
- 25. Растеризация vs. Трассировка лучей Попиксельная эффективность Функции
- 26. Растеризация vs. Трассировка лучей Достоинства вычислений «по
- 27. Растеризация vs. Трассировка лучей Аппаратная поддержка Растеризация
- 28. ОСНОВЫ ТРАССИРОВКИ И АЛГОРИТМЫ ПОИСКА ПЕРЕСЕЧЕНИЙ Часть 2/3 30 ноября 2006 Основы синтеза изображений
- 29. Трассировка поверхностей Предположение: пустое пространство полностью прозрачно
- 30. Основные шаги Генерация первичных лучей Rays from
- 31. Генерация лучей Камера-обскура o: Центр проекции (наблюдатель)
- 32. Ray Generation Камера-обскура for (x= 0; x
- 33. Представления луча и объектов Луч: r(t)=o+t d
- 34. Пересечение луча со сферой Сфера Сфера в
- 35. Пересечение луча с плоскостью Плоскость Уравнение плоскости:
- 36. Пересечение луча с треугольником Барицентрические координаты Невырожденный
- 37. Пересечение луча с треугольником Пересечение с плоскостью
- 38. Проблема точности 30 ноября 2006 Основы синтеза изображений
- 39. Ускорение трассировки Пересечение луча со всеми объектами
- 40. Сетки Построение сетки Начинаем с описывающего параллелепипеда
- 41. Сетка: проблемы Обход сетки Перечисление вокселей вдоль
- 42. Сетка: проблемы Объекты в нескольких вокселях Хранить
- 43. Иерархические сетки Простой алгоритм построения Рекурсивное
- 44. Октодерево Иерархическое разбиение пространства Адаптивное рекурсивное разбиние
- 45. Описывающие объемы Идея Вычислять пересечение с объектом
- 46. Иерархия описывающих сфер Идея: Разбиваем рекурсивно Преимущества:
- 47. BSP- и Kd-деревья Рекурсивное разбиение пространства на
- 48. Построение kD-дерева
- 49. Построение kD-дерева
- 50. Построение kD-дерева
- 51. Построение kD-дерева
- 52. ТРАССИРОВКА: ИНТЕРАКТИВНАЯ ТРАССИРОВКА 30 ноября 2006 Основы синтеза изображений
- 53. Интерактивная трассировка лучей В: Что такое
- 54. Что можно оптимизировать? 1. Построение пространственного индекса
- 55. Оптимизации: построение пространственного индекса kD-деревья Адаптивны
- 56. Оптимизации: Алгоритм трассирования луча Оптимизация структуры
- 57. Оптимизации: Алгоритм трассирования луча Трассировка луча все
- 58. Алгоритм трассирования луча: корректирующие текстуры 30 ноября 2006 Основы синтеза изображений
- 59. Оптимизации: Вычисление освещения Проблема: вычисление интеграла Подходы:
- 60. Почему сейчас? Успех растеризации и отсутствие прогресса
- 61. Причины использования интерактивной трассировки Реалистичные изображения по
- 62. Реалистичные изображения по умолчанию Volkswagen Beetle with
- 63. Физическая корректность Fully ray traced car head
- 64. Физическая корректность Rendered directly from trimmed NURBS
- 65. Физическая корректность BTF Data Courtesy R.
- 66. Физическая корректность VR scene illuminated from realtime
- 67. Поддержка массивных сцен 30 ноября 2006 Основы синтеза изображений
- 68. Интеграция различных типов примитивов Triangles, Bezier splines,
- 69. Интеграция различных типов примитивов Volume visualization
- 70. Интеграция различных типов примитивов Realtime ray
- 71. Декларативное описание сцен Декларативный интерфейс задания сцены
- 72. Глобальное освещение Conference room (380 000 tris,
- 73. Глобальное освещение 250k / 3 fps 25M
- 74. Глобальное освещение 250k / 3 fps 25M
- 75. Проблемы интерактивной трассировки лучей Динамические сцены Изменения
- 76. Проблемы интерактивной трассировки лучей Эффективное устранение ступенчатости
- 77. Проблемы интерактивной трассировки лучей Аппаратная поддержка Сейчас
- 78. Итоги Трассировка лучей = быстрый поиск пересечения
- 79. Материалы В презентации использованы слайды из курса
На прошлой лекции Полигональные модели Текстура используется как средство передачи освещения и параметров материала Проективные текстуры Световые поля как текстуры Точечные модели Подходят для сложных моделей Проще в обработке, быстрее в
Слайд 2На прошлой лекции
Полигональные модели
Текстура используется как средство передачи освещения и параметров
материала
Проективные текстуры
Световые поля как текстуры
Точечные модели
Подходят для сложных моделей
Проще в обработке, быстрее в визуализации
Проблема реконструкции поверхности при приближении
Проективные текстуры
Световые поля как текстуры
Точечные модели
Подходят для сложных моделей
Проще в обработке, быстрее в визуализации
Проблема реконструкции поверхности при приближении
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 3На лекции
Трассировка лучей.
Сравнение с алгоритмами растеризации
Методы поиска пересечений
Интерактивная трассировка лучей
30
ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 5Экранизация в компьютерной графике
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Растеризация:
Прямая проекция геометрии
Трассировка лучей:
Обратная
проекция пикселей изображения
Два основных подхода
Слайд 6Растеризация
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Конвейер
Успешная технология
Аппаратная поддержка
Достоинства
Простой и проверенный алгоритм
Все быстрее
и быстрее
Полная программируемость уже скоро
Полная программируемость уже скоро
Слайд 7Растеризация: особенности
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Базовая операция всей компьютерной графики
Построчное
сканирование по треугольнику
Последовательная обработка всех треугольников по одному
Невозможно работать более, чем с одним треугольником за раз
Но большинство реалистичных эффектов требуют доступа ко всей сцене: тени, отражения, глобальное освещение!
Последовательная обработка всех треугольников по одному
Невозможно работать более, чем с одним треугольником за раз
Но большинство реалистичных эффектов требуют доступа ко всей сцене: тени, отражения, глобальное освещение!
Слайд 8
Генерация луча
Трассирование луча
Пересечение
Тонирование
Буфер кадра
Трассировка лучей
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 9
Генерация луча
Трассирование луча
Пересечение
Тонирование
Буфер кадра
Трассировка лучей
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 10
Генерация луча
Трассирование луча
Пересечение
Тонирование
Буфер кадра
Трассировка лучей
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 11Трассировка лучей: трассирование луча
Генерация луча
Трассирование луча
Пересечение
Тонирование
Буфер кадра
30 ноября 2006
Основы синтеза
изображений
Слайд 12Трассировка лучей : трассирование луча
Генерация луча
Трассирование луча
Пересечение
Тонирование
Буфер кадра
30 ноября 2006
Основы синтеза
изображений
Слайд 13
Генерация луча
Трассирование луча
Пересечение
Тонирование
Буфер кадра
Трассировка лучей
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 14
Генерация луча
Трассирование луча
Пересечение
Тонирование
Буфер кадра
Трассировка лучей
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 15
Генерация луча
Трассирование луча
Пересечение
Тонирование
Буфер кадра
Трассировка лучей
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 16
Генерация луча
Трассирование луча
Пересечение
Тонирование
Буфер кадра
Трассировка лучей
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 17
Генерация луча
Трассирование луча
Пересечение
Тонирование
Буфер кадра
Трассировка лучей
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 18
Генерация луча
Трассирование луча
Пересечение
Тонирование
Буфер кадра
Трассировка лучей
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 19
Генерация луча
Трассирование луча
Пересечение
Тонирование
Буфер кадра
Трассировка лучей
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 20
Генерация луча
Трассирование луча
Пересечение
Тонирование
Буфер кадра
Трассировка лучей
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 21Трассировка лучей: свойства
Глобальное освещение
Параллелизм
Расширямость
Вычисления только по запросу
Попиксельные операции
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 22Растеризация vs. Трассировка лучей
Определение: растеризация
Дан набор лучей и притимивов, вычислить подмножество
лучей, пересекающихся с примитивом
2D сетка (экран) как индекс
Определение: трассировка лучей
Дан луч и набор примитивов, вычислить подмножество примитивов, пересекающихся с лучом
3D иерархическая структура как индекс
2D сетка (экран) как индекс
Определение: трассировка лучей
Дан луч и набор примитивов, вычислить подмножество примитивов, пересекающихся с лучом
3D иерархическая структура как индекс
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 23Растеризация vs. Трассировка лучей
3D индекс в мировом пространстве
Ограничивает динамику сцены (перестройка)
Масштабируемость
O(log n)
Произвольные наборы лучей
2D сетка в пространстве экрана
Регулярная дискретизация
Произвольные наборы лучей
2D сетка в пространстве экрана
Регулярная дискретизация
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 24Растеризация vs. Трассировка лучей
Слияние: 2D-сетка + 3D-структура в мировом пространстве
Растеризация становится
ближе к трассировке
Те же самые ограничения (динамика сцены)
Но индекс может быть менее детализированным
Вычисления делятся на аппаратные и программные
Увеличение сложности, вопросы обмена данными...
Те же самые ограничения (динамика сцены)
Но индекс может быть менее детализированным
Вычисления делятся на аппаратные и программные
Увеличение сложности, вопросы обмена данными...
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 25Растеризация vs. Трассировка лучей
Попиксельная эффективность
Функции тонирования имеют одинаковую сложность
Растеризация
Инкрементное вычисление между
пикселями
Строчная развертка
Лишние операции из-за z-буфера (overdraw)
Трассировка
Нет инкрементных вычислений
Нет лишних операций
Строчная развертка
Лишние операции из-за z-буфера (overdraw)
Трассировка
Нет инкрементных вычислений
Нет лишних операций
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 26Растеризация vs. Трассировка лучей
Достоинства вычислений «по запросу»
Только требуемые вычисления
→ эффективность
Пример: не
нужно вычислять всю карту освещения
Не требуется передискретизация данных
→ точность
Подгрузка данных только по требованию → ресурсы
Не требуется передискретизация данных
→ точность
Подгрузка данных только по требованию → ресурсы
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 27Растеризация vs. Трассировка лучей
Аппаратная поддержка
Растеризация имеет полную аппаратную поддержку
Быстрое развитие
Высокая производительность,
параллелизм, поточная обработка
Трассировка в основном реализуется программно
Требуются гибкие потоки управления, рекурсия, гибкий ввод/вывод
Требуется виртуальная память, инкреметная подгрузка
Требуется полная поддержка циклов
Сильно зависит от кэширования
→ Нет аппаратной поддержки
Трассировка в основном реализуется программно
Требуются гибкие потоки управления, рекурсия, гибкий ввод/вывод
Требуется виртуальная память, инкреметная подгрузка
Требуется полная поддержка циклов
Сильно зависит от кэширования
→ Нет аппаратной поддержки
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 28ОСНОВЫ ТРАССИРОВКИ И АЛГОРИТМЫ ПОИСКА ПЕРЕСЕЧЕНИЙ
Часть 2/3
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 29Трассировка поверхностей
Предположение: пустое пространство полностью прозрачно
Поверхности
Трехмерные геометрические модели объектов
Материалы поверхностей
Отражение, поглощение,
пропускание и т.п.
Освещение
Положение и характеристики источников света
Освещение
Положение и характеристики источников света
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 30Основные шаги
Генерация первичных лучей
Rays from viewpoint into 3D scene
Трассировка лучей
Первое пересечение
с геометрией сцены
Тонирование
Излучение (radiance) переносится с лучом
В точке пересечения входящее излучение вычисляется с помощью дополнительных лучей
Тонирование
Излучение (radiance) переносится с лучом
В точке пересечения входящее излучение вычисляется с помощью дополнительных лучей
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 31Генерация лучей
Камера-обскура
o: Центр проекции (наблюдатель)
f: Вектор зрения (фокусное расстояние)
x, y:
Оконные координаты
xres, yres: Размер изображения
xres, yres: Размер изображения
u
f
y
x
d
o
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 32Ray Generation
Камера-обскура
for (x= 0; x < xres; x++)
for (y= 0;
y < yres; y++)
{
d= f + 2(x/xres - 0.5)⋅x
+ 2(y/yres - 0.5)⋅y;
d= d/|d|; // Normalize
col= trace(o, d);
write_pixel(x,y,col);
}
{
d= f + 2(x/xres - 0.5)⋅x
+ 2(y/yres - 0.5)⋅y;
d= d/|d|; // Normalize
col= trace(o, d);
write_pixel(x,y,col);
}
u
f
y
x
d
o
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 33Представления луча и объектов
Луч: r(t)=o+t d
o=(ox, oy, oz), d=(dx, dy,
dz)
Геометрия сцены
Plane: (p-a)·n=0
Implicit definition (n : surface normal, a : point one surface )
Sphere: (p-c)·(p-c)-r2=0
c : sphere center, r : sphere radius
Triangles: Plane plus 2D coordinates
Геометрия сцены
Plane: (p-a)·n=0
Implicit definition (n : surface normal, a : point one surface )
Sphere: (p-c)·(p-c)-r2=0
c : sphere center, r : sphere radius
Triangles: Plane plus 2D coordinates
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 34Пересечение луча со сферой
Сфера
Сфера в начале координат (x2 + y2 +
z2 - 1= 0)
Подставляем уравнение для луча
t2(dx2 + dy2 + dz2) + 2t (dxox + dyoy + dzoz) + (ox2 + oy2 + oz2) –1 = 0
Вариант: геометрическая задача
Подставляем уравнение для луча
t2(dx2 + dy2 + dz2) + 2t (dxox + dyoy + dzoz) + (ox2 + oy2 + oz2) –1 = 0
Вариант: геометрическая задача
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 35Пересечение луча с плоскостью
Плоскость
Уравнение плоскости: p·n - D = 0, |n|
= 1
Неявное представление
Нормаль: n
Перпендикуляр до (0, 0, 0): D
Заменяем o + td на p
(o + td)·n – D = 0
Решаем для t:
Неявное представление
Нормаль: n
Перпендикуляр до (0, 0, 0): D
Заменяем o + td на p
(o + td)·n – D = 0
Решаем для t:
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 36Пересечение луча с треугольником
Барицентрические координаты
Невырожденный трк. ABC
P= λ1A + λ2B +
λ3C
λ1 + λ2 + λ3 = 1
λ3 = ∠(APB) / ∠(ACB) etc
Relative area
Пересечение, если все λi >= 0
λ1 + λ2 + λ3 = 1
λ3 = ∠(APB) / ∠(ACB) etc
Relative area
Пересечение, если все λi >= 0
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 37Пересечение луча с треугольником
Пересечение с плоскостью треугольника
Дана 3D-точка пересечения
Спроецировать точку на
плоскость xy, xz, yz
Можно использовать любую плоскостью
Плоскость и 2D-положения вершин можно вычислить заранее
Провести барицентрический тест
Можно использовать любую плоскостью
Плоскость и 2D-положения вершин можно вычислить заранее
Провести барицентрический тест
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 39Ускорение трассировки
Пересечение луча со всеми объектами и сортировка для поиска ближайшего
пересечения
Очень дорого!
Ускорение алгоритма пересечения
Небольшой эффект
Уменьшение количества пересечений
Разбиение пространства (часто иерархическое)
Сетки, октодеревья, BSD и kd-деревья, деревья ограничивающих объемов
5D разбиение (позиция и направление)
Очень дорого!
Ускорение алгоритма пересечения
Небольшой эффект
Уменьшение количества пересечений
Разбиение пространства (часто иерархическое)
Сетки, октодеревья, BSD и kd-деревья, деревья ограничивающих объемов
5D разбиение (позиция и направление)
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 40Сетки
Построение сетки
Начинаем с описывающего
параллелепипеда
Треугольники разбиваются
по вокселям
Трассировка
Алгоритм Брезенхема в 3D
Останавливаемся, если
пересечение найдено в
текущем вокселе
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 41Сетка: проблемы
Обход сетки
Перечисление вокселей вдоль луча
Очень простой алгоритм, возможна аппаратная
реализация
Разрешение сетки
Очень сильно зависит от сцены
Невозможна адаптация к локальной плотности примитивов
Проблема «Чайника на стадионе»
Возможное решение: иерархические сетки
Разрешение сетки
Очень сильно зависит от сцены
Невозможна адаптация к локальной плотности примитивов
Проблема «Чайника на стадионе»
Возможное решение: иерархические сетки
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 42Сетка: проблемы
Объекты в нескольких вокселях
Хранить только ссылки на объекты
Хранить информацию о
найденных пересечениях в кэше
Предел: хранить индекс луча в каждом треугольнике
Предел: хранить индекс луча в каждом треугольнике
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 43
Иерархические сетки
Простой алгоритм построения
Рекурсивное создание сеток
в вокселях
с высокой плотностью
Проблема: какое
должно быть
разрешение на каждом уровне?
Улучшения алгоритма
Разделить сетки для объектов
Проблема: что считать объектами?
Улучшения алгоритма
Разделить сетки для объектов
Проблема: что считать объектами?
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 44Октодерево
Иерархическое разбиение пространства
Адаптивное рекурсивное разбиние
пространства на 8 равных частей
Проблемы
Достаточно сложный алгоритм
обхода
Сложные
регионы сходятся
медленно
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 45Описывающие объемы
Идея
Вычислять пересечение с объектом только
если луч пересекает простой описывающий
объем
Возможные описывающие
объемы:
Сфера
Выровненный по осям описывающий параллелепипед
Описывающий параллелепипед
Сфера
Выровненный по осям описывающий параллелепипед
Описывающий параллелепипед
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 46Иерархия описывающих сфер
Идея:
Разбиваем
рекурсивно
Преимущества:
Очень хорошая адаптивность
Эффективный обход O(log N)
Проблемы
Как располагать описывающие объемы?
30
ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 47BSP- и Kd-деревья
Рекурсивное разбиение пространства
на полупространства
Двоичное разбиение пространства
(BSP):
Разбиение плоскостями в произвольных
положениях
Kd-деревья
Разбиение
выровненными
относительно осей плоскостями
1
1.1
1.1.1
1.2
1.1.2
1.1.2.1
1.1.1.1
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 53Интерактивная трассировка лучей
В: Что такое интерактивная трассировка лучей?
О: Это обычная трассировка
+ оптимизации, оптимизации, оптимизации...
Оптимизации могут быть и алгоритмическими!
Оптимизации могут быть и алгоритмическими!
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 54Что можно оптимизировать?
1. Построение пространственного индекса
2. Алгоритм трассирования луча
3. Вычисление освещения
30
ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 55Оптимизации: построение пространственного индекса
kD-деревья
Адаптивны
Компактны
Быстрый обход
За счет хорошо построенного дерева можно получить
увеличение скорости
в несколько раз!
Проблема: где провести разбивающую плоскость?
Учет вероятностей попадания луча в разные полуплоскости
Проблема: где остановить разбиение?
Проблема: где провести разбивающую плоскость?
Учет вероятностей попадания луча в разные полуплоскости
Проблема: где остановить разбиение?
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 56Оптимизации: Алгоритм трассирования луча
Оптимизация структуры данных для узла дерева
Учет процессорного кэша
Оптимизация
цикла трассировки
Никаких рекурсий
Минимизация операцией со стеком
Параллелизация: SIMD, многоядерность
Когерентность
Никаких рекурсий
Минимизация операцией со стеком
Параллелизация: SIMD, многоядерность
Когерентность
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 57Оптимизации: Алгоритм трассирования луча
Трассировка луча все равно очень дорога
Два варианта:
Трассировать больше
лучей в секунду
рассмотрели
Трассировать меньше лучей на кадр
Использование растеризационной аппаратуры
Технологии на основе изображений
Интерполяция результатов трассирования
рассмотрели
Трассировать меньше лучей на кадр
Использование растеризационной аппаратуры
Технологии на основе изображений
Интерполяция результатов трассирования
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 58Алгоритм трассирования луча: корректирующие текстуры
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 59Оптимизации: Вычисление освещения
Проблема: вычисление интеграла
Подходы:
Квази-статические (квази Монте-Карло)
Гибридные
Использование растеризационной аппаратуры
Технологии на
основе изображений
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 60Почему сейчас?
Успех растеризации и отсутствие прогресса остановили развитие алгоритмов трассировки лучей
в 90е
Мало низкоуровневой оптимизации, не использовалась когерентность и т.п.
В начале 2000х развитие алгоритмов позволило догнать аппаратные методы
За счет софтверной оптимизации
В основном на сложных сценах
Сейчас программируемые аппаратные ускорители позволили еще более ускорить трассировку
Все равно неудобно – ориентация на растеризацию
Надежды на следующее поколение
Мало низкоуровневой оптимизации, не использовалась когерентность и т.п.
В начале 2000х развитие алгоритмов позволило догнать аппаратные методы
За счет софтверной оптимизации
В основном на сложных сценах
Сейчас программируемые аппаратные ускорители позволили еще более ускорить трассировку
Все равно неудобно – ориентация на растеризацию
Надежды на следующее поколение
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 61Причины использования интерактивной трассировки
Реалистичные изображения по умолчанию
Физическая корректность
Поддержка массивных сцен
Интеграция различных
типов примитивов
Декларативное описание сцен
Интерактивное глобальное освещение
Декларативное описание сцен
Интерактивное глобальное освещение
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 62Реалистичные изображения по умолчанию
Volkswagen Beetle with correct shadows and (multi-)reflections on
curved surfaces
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 63Физическая корректность
Fully ray traced car head lamp, faithful visualization requires up
to 50 rays per pixel
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 64Физическая корректность
Rendered directly from trimmed NURBS surfaces, with smooth environment lighting
30
ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 65Физическая корректность
BTF Data Courtesy R. Klein, Uni Bonn
Rendered with accurately measured
BTF data
that accounts for micro lighting effects
Textured Phong for
comparison
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 66Физическая корректность
VR scene illuminated from realtime video feed, AR with realtime
environment lighting
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 68Интеграция различных типов примитивов
Triangles, Bezier splines, and subdivision surfaces fully integrated
30
ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 69Интеграция различных типов примитивов
Volume visualization using multiple iso-surfaces in combination with
surface rendering
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 70Интеграция различных типов примитивов
Realtime ray tracing of point clouds (1 Mpoints
each)
On one dual-Opteron 2.4 GHz: 4-9 fps
On one dual-Opteron 2.4 GHz: 4-9 fps
24 MPoints, 2.1 fps with shadow @ 640x480
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 71Декларативное описание сцен
Декларативный интерфейс задания сцены
Приложение задает всю сцену за раз
Экранизация
полностью выполняется на уровне трассировщика (например, в железе)
Достоинства
Сильно упрощает программирование
Возможно полное аппаратное ускорение
Достоинства
Сильно упрощает программирование
Возможно полное аппаратное ускорение
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 72Глобальное освещение
Conference room (380 000 tris, 104 lights) with full global
illumination in realtime
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 73Глобальное освещение
250k / 3 fps
25M / 11 fps
Light pattern from a
car head lamp computed in realtime using photon mapping:
Left: realtime update, middle: accumulated in 30s, right: photograph of real pattern
Left: realtime update, middle: accumulated in 30s, right: photograph of real pattern
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 74Глобальное освещение
250k / 3 fps
25M / 11 fps
Photograph
Light pattern from a
car head lamp computed in realtime using photon mapping:
Left: realtime update, middle: accumulated in 30s, right: photograph of real pattern
Left: realtime update, middle: accumulated in 30s, right: photograph of real pattern
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 75Проблемы интерактивной трассировки лучей
Динамические сцены
Изменения геометрии → обновление пространственного индекса
Подходы
Деление сцен
исходя из темпоральных характеристик
«Ленивый» индекс
«Ленивый» индекс
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 76Проблемы интерактивной трассировки лучей
Эффективное устранение ступенчатости и блестящие (glossy) отражения
Нужно много
лучей для корректного результата
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 77Проблемы интерактивной трассировки лучей
Аппаратная поддержка
Сейчас вся mainstream-поддержка разрабатывается под растеризацию
Возможные решения
Многоядерные
CPU – перспективно!
Cell: Нет кэша
GPU: ограничения на поток управления
Специальная аппаратура
Cell: Нет кэша
GPU: ограничения на поток управления
Специальная аппаратура
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 78Итоги
Трассировка лучей = быстрый поиск пересечения
Трассировка vs. Растеризация
Интерактивная трассировка лучей =
оптимизация
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
Слайд 79Материалы
В презентации использованы слайды из курса “Interactive Ray Tracing”, представленнего на
конференции SIGGRAPH’2005
30 ноября 2006
Основы синтеза изображений
