| Titre : | Toward an Efficient Approach for Selecting VPLs in Global Illumination |
| Auteurs : | Djihane Babahenini, Auteur ; Mohamed Chaouki Babahenini, Directeur de thèse |
| Type de document : | Mémoire magistere |
| Editeur : | Biskra [Algérie] : Faculté des Sciences Exactes et des Sciences de la Nature et de la Vie, Université Mohamed Khider, 2017 |
| ISBN/ISSN/EAN : | TINF/110 |
| Format : | 1 vol. (106 p.) / ill. / 29 cm |
| Langues: | Anglais |
| Résumé : |
En informatique graphique, le rendu nécessite le calcul de la contribution des sources lumineuses (éclairage direct) et de tous les objets de la scène à travers des réflexions, des réfractions et des diffusions multiples dans des milieux participants tels que la fumée, la poussière, les nuages (éclairage indirect).L'éclairage indirect est une tâche très coûteuse, principalement à cause de calcul de la visibilité (entre les rayons lumineux et les objets de la scène). Pour accélérer l'éclairage indirect, il est nécessaire d'exploiter les performances élevées du GPU (Graphics Processing Unit).Le but de cette thèse est d'utiliser le GPU pour calculer tous les objets visibles à partir des sources lumineuses. A cette fin, nous mettons une caméra à 360 degrés composée d'un DPRSM (Dual Paraboloid Reective Shadow Map). Pour chaque pixel de cette caméra, nous calculons le point visible, sa position 3D, sa normale et sa couleur. Chaque point visible agit comme une source de lumière ponctuelle qui joue le rôle de source de lumière secondaire, appelée VPL (Virtual Point Light).Pendant le rendu, tout point de la scène reçoit un rayon en raison de l'éclairage direct et de l'éclairage indirect. Ce dernier est la contribution des VPLs.Le calcul des contributions de tous les VPL prend beaucoup de temps de calcul. Une meilleure solution est de choisir un petit sous-ensemble de VPL par importance à l'aide d'une méthode de transformée inverse (appelée IT) basée sur le calcul d'une CDF (Cumulative Distribution Function). Ensuite, nous calculons la contribution de ce petit sous-ensemble de VPL aux points visibles de la caméra à travers les pixels. La façon dont la CDF est calculée est cruciale pour la qualité de l'image de rendu. Nous proposons deux méthodes pour calculer une CDF efficace ainsi qu'une méthode MIS (Multiple Importance Sampling) combinant une méthode de transformée inverse avec une approche de tracé de chemin distribué (gathering).
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| Sommaire : |
1 Introduction 1
1.1 Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2 Contributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.3 Organization of the dissertation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 I Background on global illumination 6 2 Mathematical fundamentals on global illumination 7 2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.2 Solid Angle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.3 Radiometric quantities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.4 Bidirectional Re ectance Distribution Function . . . . . . . . . . . 10 2.4.1 Di?use surfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.5 Rendering equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.5.1 Direction domain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.5.2 Area domain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 3 Theory behind Monte Carlo integration 16 3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 3.2 Probabilistic concepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 3.2.1 Discrete random variable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 3.2.2 Continuous random variables . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 3.2.3 Expected value . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 3.2.4 Variance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 3.3 Monte Carlo integration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 3.4 Inverse transform method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 3.4.1 Uniform sampling of triangles . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 3.5 Importance sampling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 3.6 Multiple Importance Sampling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 3.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 II State of the art on voxel and VPL based methods 27 4 Voxel-based models 28 4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 4.2 Voxelization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 4.3 Ray marching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 4.4 Voxel-based methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 4.4.1 Voxel path tracing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 4.4.2 Voxel Cone Tracing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 4.4.3 Layered Re ective Shadow Maps . . . . . . . . . . . . . . . 32 4.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 5 VPL-based rendering methods 34 5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 5.2 Generating VPL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 5.3 Evaluating visibility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 5.3.1 Imperfect Shadow Maps (ISM) . . . . . . . . . . . . . . . . 36 5.3.2 View Adaptive Imperfect Shadow Maps . . . . . . . . . . . . 38 5.3.3 Rich VPLs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 5.4 Clustering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 5.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 III Contributions and results 41 6 Dual Paraboloid Re ective Shadow Maps for VPL-based render-ing 42 6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 6.2 System overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 6.2.1 Dual Paraboloid Re ective Shadow Maps (DPRSM) . . . . . 45 6.2.1.1 Construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 6.2.1.2 DPRSM selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 6.2.1.3 Visibility Computation . . . . . . . . . . . . . . . . 51 6.2.2 VPL-based indirect lighting method . . . . . . . . . . . . . . 54 6.3 Results and discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 6.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 7 E?cient Inverse Transform methods for VPL Selection in Global Illumination 64 7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 7.2 System Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 7.2.1 Gathering-based method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 7.2.2 Computing a global CDF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 7.2.3 Determining the most contributive VPLs . . . . . . . . . . . 68 7.3 VPL Sampling methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 7.3.1 Computing the contribution of a VPL to a gather point . . . 68 7.3.2 Strati?ed CDF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 7.3.3 Local CDF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 7.3.4 Gathering-based global CDF . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 7.3.4.1 Average contribution texture . . . . . . . . . . . . 78 7.3.4.2 Implementation details . . . . . . . . . . . . . . . . 79 7.3.4.3 Filling in holes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 7.4 A Multiple Importance Sampling Approach . . . . . . . . . . . . . . 85 7.4.1 Background on MIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 7.4.2 Description of our MIS method . . . . . . . . . . . . . . . . 86 7.5 Results and evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 7.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 8 Conclusion 99 Bibliography 102 |
| En ligne : | http://thesis.univ-biskra.dz/id/eprint/3033 |
Disponibilité (1)
| Cote | Support | Localisation | Statut |
|---|---|---|---|
| TINF/110 | Théses de doctorat | bibliothèque sciences exactes | Consultable |
