Reaaliaikainen vokselipohjainen globaali valaistus

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-202005202234
Title: Reaaliaikainen vokselipohjainen globaali valaistus
Author: Mäkelä, Nicolas
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Science
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2020
URI: http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-202005202234
http://hdl.handle.net/10138/315175
Thesis level: master's thesis
Abstract: Reaaliaikaisessa kuvanmuodostuksessa tuotetaan keinotekoisia kuvia virtuaalisesta ympäristöstä osana interaktiivista sovellusta. Virtuaalinen ympäristö on polygoneista koostuvien kappaleiden ja valonlähteiden joukko. Kuvanmuodostuksen tavoitteena on fotorealismi, jonka merkittävänä osana on valon realistinen simulointi. Simuloinnin ongelmana on kappaleiden väliset epäsuorat valonsäteiden heijastukset, koska valonsäteet voivat kimmota kappaleiden välillä lukemattomia kertoja. Kyseessä on rekursiivinen ongelma ja polygoneja voi olla satoja tuhansia, joten niitä ei voida käsitellä reaaliajassa rekursiivisesti. Tutkielmassa tutkitaan vokselipohjaista menetelmää, missä ympäristön polygonipohjaisesta esitystavasta luodaan vokselipohjainen esitystapa vokseliruudukkoon. Vokseliruudukon avulla kappaleiden väliset epäsuorat heijastukset voidaan laskea kartionseurantatekniikalla pienestä vokseleiden lukumäärästä, eikä polygonien lukumäärällä ole väliä. Menetelmä esiteltiin vuonna 2011, mutta se ei saavuttanut suurta suosiota sen suorituskykyvaatimusten takia. Tutkielman tutkimusongelmana on selvittää, onko menetelmä suorituskyvyltään ja kuvanlaadultaan varteenotettava tekniikka nykypäivän matalan hintaluokan näytönohjaimella. Vokselipohjaista globaalia valaistusta tutkittiin suunnittelututkimuksen kautta. Artefaktina luotiin kuvanmuodostussovellus, johon menetelmä toteutettiin. Sovelluksella mitattiin menetelmän suorituskykyä ja arvioitiin sen kuvanlaatua vertailemalla sovelluksen tuottamia kuvia pelkällä suoralla valolla valaistuun ympäristöön ja Blender-ohjelmistolla tuotettuun fotorealistiseen kuvaan. Tulosten perusteella menetelmällä saavutetaan korkea 60 kuvan ruudunpäivitysnopeus teräväpiirtona 1920x720 pikselin kuvatarkkuudella. Vokselointia ei voida kuitenkaan suorittaa joka kuvanmuodostuksen yhteydessä, eikä ruudunpäivityksessä jää juurikaan aikaa muuhun, kuten pelimaailman simulointiin. Kuvanlaatu paranee huomattavasti pelkällä suoralla valolla valaistuun ympäristöön verrattuna, mutta menetelmän heikkoutena on valovuoto, missä valo saattaa läpäistä kiinteitä kappaleita.The goal of real-time rendering is to produce synthetic and usually photorealistic images from a virtual scene as part of an interactive application. A scene is a set of light sources and polygonal objects. Photorealism requires a realistic simulation of light, but it contains a recursive problem where light rays can bounce between objects countless of times. The objects can contain hundreds of thoudands of polygons, so they cannot be processed recursively in real-time. The subject of this thesis is a voxel-based lighting method, where the polygonal scene is processed into a voxel grid. When calculating the indirect bounces of light, we can process a small amount of voxels instead of the vast amount of polygons. The method was introduced in 2011, but it didn't gain much popularity due to its performance requirements. In this thesis, we studied the performance and image quality of the voxel-based lighting algoritm with a modern, low-cost graphics card. The study was conducted through design research. The artefact is a renderer that produces images with the voxel-based algorithm. The results show that the algorithm is capable of a high frame rate of 60 images per second in a full-hd resolution of 1920x720 pixels. However, the algorithm consumes most of the time spent forming the image, which doesn't leave much time to simulate a game world for example. In addition, the voxelization of the scene is a slow operation, which would require some application-specific optimizations to be performed every frame in order to support dynamically moving objects. The image quality improves greatly when compared to a scene that doesn't calculate indirect light bounces, but there is a problem of light bleeding through solid objects.
Subject: tietokonegrafiikka
vokseli
globaali valaistus
kartionseuranta
Discipline: none


Files in this item

Files Size Format View

There are no files associated with this item.

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record