Метод отложенного рендеринга множества динамических точечных источников света вокселизированных сцен в реальном масштабе времени

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

С увеличением производительности графических процессоров стало возможным визуализировать с помощью алгоритмов глобального освещения сложные физические явления в режиме реального времени. Одним из таких подходов является применение виртуальных точечных источников света, в котором реализм изображений зависит от количества источников света. Но для большого количества источников света в ранних алгоритмах требовалось создание большого количества карт теней для проверки видимости при виртуальном точечном освещении. Поэтому достичь качественного изображения в реальном времени было проблематично, пока не были разработаны новые методы. Целью представленной работы является создание метода отложенного рендеринга тысячи точечных источников света на основе вокселизированных сцен в реальном масштабе времени. На первом проходе, геометрическом, вычисляется разреженное воксельное восьмеричное дерево. Применяется геометрический буфер, который хранит информацию о местоположении, нормалях и материалах для прямого и непрямого освещения. Затем происходят генерация отражающих карт теней и выборка по значимости, чтобы не проверять каждый тексель. Прямое освещение вычисляется с помощью карт теней, а для косвенного освещения применяется алгоритм марширования лучей для проверки видимости точечных источников света. В целях ускорения вычислений применяется чередующаяся выборка. В результате с использованием предлагаемого метода можно создавать реалистичные изображения сцен с глобальным освещением в реальном времени. С применением графического процессора можно вычислять тысячу точечных источников света в реальном времени и визуализировать полностью динамичные сцены. Однако для глянцевых поверхностей требуется большее количество точечных источников света, чтобы изображения без артефактов точно воспроизводили внешний вид материала.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. И. Вяткин

Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: sivser@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1591-3588
Россия, 630090, Новосибирск, Коптюга пр., д. 1

Б. С. Долговесов

Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения РАН

Email: bsd@iae.nsk.su
ORCID iD: 0000-0002-6255-9315
Россия, 630090, Новосибирск, Коптюга пр., д. 1

Список литературы

  1. Keller A. Instant radiosity. Proceedings of Siggraph'97, Computer Graphics Proceedings. 1997. С. 49–56. doi: 10.1145/258734.258769.
  2. Dachsbacher C., Stamminger M. Splatting Indirect Illumination. Proceedings of the 2006 symposium on Interactive 3D graphics and games. 2006. С. 93–100. doi: 10.1145/1111411.1111428.
  3. Ritschel T., Eisemann E., Ha I., Kim J., Seidel H.-P. Making Imperfect Shadow Maps View-Adaptive: High-Quality Global Illumination in Large Dynamic Scenes. Computer Graphics Forum. 2011. Т. 30. № 8. С. 2258–2269. doi: 10.1111/j.1467-8659.2011.01998.x.
  4. Dachsbacher C., Stamminger M. Reflective Shadow Maps. Proceedings of the 2006 symposium on Interactive 3D graphics and games. 2005. С. 203–208. doi: 10.1145/1053427.1053460.
  5. Wald I., Benthin C., Slusallek P., Kollig T., Keller A. Interactive Global Illumination using Fast Ray Tracing. Proceedings of the 2002 Eurographics Workshop on Rendering. 2002. С. 15–24. doi: 10.2312/EGWR/EGWR02/015-024.
  6. Segovia B., Iehl J.C., Mitanchey R., Peroche B. Non-Interleaved Deferred Shading of Interleaved Sample Patterns. Proceedings of the 21st ACM SIGGRAPH/EUROGRAPHICS symposium on graphics hardware. 2006. Т. 3. С. 53–60. doi: 10.1145/1283900.1283909.
  7. Olsson O., Assarsson U. Tiled Shading. Journal of Graphics, GPU, and Game Tools. 2011. Т. 15. № 4. С. 235–251. doi: 10.1080/2151237X.2011.621761.
  8. Olsson O., Billeter M., Assarsson U. Clustered Deferred and Forward Shading. Proceedings of the ACM SIGGRAPH/EUROGRAPHICS Conference on High Performance Graphics. 2012. С. 87–96. doi: 10.2312/EGGH/HPG12/087-096.
  9. Popov S., Georgiev I., Slusallek P., Dachsbacher C. Adaptive quantization visibility caching. Computer Graphics Forum. 2013. Т. 32. № 2. С. 1–10. doi: 10.1111/cgf.12060.
  10. Yuksel C. Stochastic Lightcuts for Sampling Many Lights. IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics. 2020. Т. 27. № 10. С. 4049–4059. doi: 10.1109/TVCG.2020.3001271.
  11. Lin D., Yuksel C. Real-Time Rendering with Lighting Grid Hierarchy. Proceedings of the ACM on computer graphics and interactive techniques. 2019. Т. 2. № 1. С. 1–17. doi: 10.1145/3321361.
  12. Archer J., Leach G., Knowles P. Fast raycasting using a compound deep image for virtual point light range determination. Computational Visual Media. 2019. Т. 5. С. 257–265. doi: 10.1007/s41095-019-0144-1.
  13. Вяткин С. И., Долговесов Б. С. Метод сжатия геометрических данных с применением функций возмущения. Автометрия. 2018. Т. 54. № 4. С. 18–25. doi: 10.15372/AUT20180403.
  14. Vyatkin S.I. Polygonization method for functionally defined objects. International Journal of Automation, Control and Intelligent Systems. 2015. Т. 1. № 1. С. 1–8.
  15. Yalciner B., Sahillioglu Y. Voxel transformation: scalable scene geometry discretization for global illumination. Journal of Real-Time Image Processing. 2020. Т. 17. № 6. С. 1585–1596. doi: 10.1007/s11554-019-00919-1.
  16. Gadia D., Lombardo V., Maggiorini D., Natilla A. Implementing Many-Lights Rendering with IES-Based Lights. Applied Sciences. 2024. Т. 14. № 3. С. 1–15. doi: 10.3390/app14031022.
  17. Lensing P., Broll W. Efficient shading of indirect illumination applying reflective shadow maps. Proceedings of the ACM SIGGRAPH Symposium on Interactive 3D Graphics and Games. 2013. С. 95–102. doi: 10.1145/2448196.2448211.
  18. Hart D., Pharr M., Müller T., Lopes W., McGuire M., Shirley P. Practical Product Sampling by Fitting and Composing Warps. Computer Graphics Forum. 2020. Т. 39. № 4. С. 149–158. doi: 10.1111/cgf.14060.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Шаги построения разреженного воксельного восьмеричного дерева.

Скачать (411KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Шаги вычисления освещения.

Скачать (752KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Процесс чередующейся выборки.

Скачать (583KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Основные шаги алгоритма марширования лучей.

Скачать (626KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Сцена 1 с глобальным освещением со множественными источниками света (1024 VPL).

Скачать (882KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Сцена 2 с глобальным освещением со множественными источниками света (1024 VPL).

Скачать (1MB)
Метаданные
8. Рис. 7. Сцена 3 с глобальным освещением со множественными источниками света (1024 VPL).

Скачать (962KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Сцена 4 с глобальным освещением со множественными источниками света (512 VPL).

Скачать (1MB)
Метаданные
10. Рис. 9. Время рендеринга (см. рис. 5).

Скачать (601KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Время рендеринга (см. рис. 6).

Скачать (690KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Время рендеринга (см. рис. 7).

Скачать (678KB)
Метаданные
13. Рис. 12. Время рендеринга (см. рис. 8).

Скачать (588KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025