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Optimierung des Photon Mapping Verfahrens durch Verbesserung der Radiance Estimate Berechnung und Einsatz von Radiosity Photonen. Diplomarbeit. Übersicht. Radiosity / Photon Mapping Zielsetzung Radiosity-Photonen Ergebnisse und Probleme Fazit & Ausblick. Radiosity.

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Presentation Transcript

  1. Optimierung des Photon Mapping Verfahrens durch Verbesserung der Radiance Estimate Berechnung und Einsatz von Radiosity Photonen Diplomarbeit T. Wallrath

  2. Übersicht • Radiosity / Photon Mapping • Zielsetzung • Radiosity-Photonen • Ergebnisse und Probleme • Fazit & Ausblick T. Wallrath

  3. Radiosity • Einteilung der Szene in Patches • Umgebung vollständig diffus • constant radiosity assumption T. Wallrath

  4. Photon Mapping • simuliert alle Lichtpfade • geometrieunabhängig • Two-Pass Algorithmus • Photon Tracing • Emission und Verfolgung durch die Szene • Speicherung in Photon Map • Rendering • Abschätzung der Beleuchtungsstärke anhand Photonendichte (Radiance Estimate) T. Wallrath

  5. Probleme • Radiosity • nur diffuse Umgebungen • Vorverarbeitung der Szene sehr aufwendig • Photon Mapping • hohe Photonenanzahl notwendig • direktes Licht: Raytracing • indirektes Licht: Final-Gathering T. Wallrath

  6. Zielsetzung • Radiosity-Methoden in Photon Mapping Umgebung • Radiosity-Photonen • Verbesserung der Darstellung direkten Lichtes • Anzahl benötigter Photonen senken T. Wallrath

  7. Umsetzung • Integration von Radiosity-Photonen in Raytracing/Photon Mapping-Framework • Realisierung von diffusem, direkten Licht • Schattenphotonen • Refinement-Mechanismus T. Wallrath

  8. Radiosity-Photonen • sample-basiertes Radiosity-System • Zuordnung eines Raumwinkels • Abdeckung der beleuchteten Oberfläche durch Photon-Splats • Bestimmung der Beleuchtungsstärke durch klassische Radiosity T. Wallrath

  9. Radiosity-Photonen • durch Raumwinkel definiert sich Radiosity-Splat T. Wallrath

  10. Radiosity-Photonen • Erweiterung der Photon-Datenstruktur • Position • Lichtstrom • Einfallswinkel • Radius • Formfaktor • BundleId T. Wallrath

  11. Sampling • Photon Mapping • LVK-Sampling durch Zufallszahlen • Radiosity-Photonen • möglichst gleichmäßige Abdeckung der Oberfläche • Kontrolle über Refinement-Prozess Halton-Sequenz T. Wallrath

  12. Halton-Sampling • Low-Discrepancy-Sequenz • Erzeugung einer Quasi-Zufallszahl durch einen Index • Periodizität • Mehrdimensionale Haltonsequenz T. Wallrath

  13. Photonen-Pool • fester Ausgangspool • Einteilung in Photonengruppen • Gleicher Indexraum pro Lichtquelle BundleId LightId PhotonId Level GroupId 1 0 0 1 . . . . . . N0 N0 • BundleId als eindeutiger Index einer Gruppe • Level des Refinement-Grades T. Wallrath

  14. Radiance Estimate ? T. Wallrath

  15. Fallback-Funktion • Keine Beleuchtung (E=0) • Klassisches Photon Mapping • Formfaktor-Raytracing T. Wallrath

  16. Refinement • Steuerung der Verfeinerung durch Exponenten der Haltonbasen • Indizes der neuen Gruppen NewGroupIdi = OldGroupId + i * Nl NewBundleIdi = Bl + NewBundleIdi + LightId * Nl+1 T. Wallrath

  17. Refinement BundleId LightId PhotonId Level GroupId 1 0 0 1 . . . . . . 4 4 1 0 1 5 9 13 17 21 5 9 13 17 21 25 T. Wallrath

  18. Refinement T. Wallrath

  19. Orakel • Entscheidet, ob Gruppe verfeinert wird • Analysiert Gruppe während Tracing-Vorgangs • Drei Orakel-Funkionen: • BFA-Orakel • Lischinski-Orakel • Geo-Orakel T. Wallrath

  20. BFA-Orakel T. Wallrath

  21. Lischinski-Orakel T. Wallrath

  22. Geo-Orakel • Detektion von Schattenkanten • Unterteile, falls Licht- und Schattenphotonen einer Gruppe auf einem Primitiv landen T. Wallrath

  23. Ergebnisse • Geo-Lischinski-Refinement 19712 Photonen 4239 ms 5556 Photonen 2783 ms 1172 Photonen 2422 ms T. Wallrath

  24. Ergebnisse • Fallback-Methoden • 2592 Gruppen / 31104 Photonen E = 0 5792 ms Photon Mapping r = 0,6 9262 ms Formfaktor-Raytracing 20 Schattenfühler 34504 ms T. Wallrath

  25. Ergebnisse • Vergleich der Verfahren Formfaktor-Raytracing 100 Schattenfühler 43531 ms Photon Mapping 31104 Photonen r = 0,12 3642 ms Radiosity-Photonen 31104 Photonen 4789 ms T. Wallrath

  26. Fazit & Ausblick • Qualität für direktes Licht nicht ausreichend • Abdeckung durch Splats verbessern • Optimierung der Halton-Parameter • Alternative Sampling-Strategien • Alternative zur empirischen Radiusverdoppelung • neue Konzepte zur Schattendarstellung • indirektes Licht T. Wallrath

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