Reaaliaikainen vokselipohjainen globaali valaistus

Show simple item record

dc.contributor Helsingin yliopisto, Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta fi
dc.contributor University of Helsinki, Faculty of Science en
dc.contributor Helsingfors universitet, Matematisk-naturvetenskapliga fakulteten sv
dc.contributor.author Mäkelä, Nicolas
dc.date.accessioned 2020-05-22T09:49:40Z
dc.date.available 2020-05-22T09:49:40Z
dc.date.issued 2020
dc.identifier.uri URN:NBN:fi:hulib-202005202234
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/10138/315175
dc.description.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. fi
dc.description.abstract 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. en
dc.publisher Helsingin yliopisto fi
dc.publisher University of Helsinki en
dc.publisher Helsingfors universitet sv
dc.subject tietokonegrafiikka
dc.subject vokseli
dc.subject globaali valaistus
dc.subject kartionseuranta
dc.title Reaaliaikainen vokselipohjainen globaali valaistus fi
dc.type.ontasot pro gradu -tutkielmat fi
dc.type.ontasot master's thesis en
dc.type.ontasot pro gradu-avhandlingar sv
dc.subject.discipline none und
dct.identifier.urn URN:NBN:fi:hulib-202005202234

Files in this item

Files Size Format View
Makela_Nicolas_Pro_gradu_2020.pdf 15.05Mb application/pdf View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record