Fast photorealistic techniques to simulate global illumination in videogames and virtual environments

Resumen

Per al càlcul de la illuminació global per a la síntesi dimatges descenaris virtuals susen mètodes físicament acurats com a radiositat o el ray-tracing. Aquests mètodes són molt potents i capaços de generar imatges de gran realisme, però són molt costosos. A aquesta tesi presenta algunes tècniques per simular i/o accelerar el càlcul de la illuminació global. La tècnica de les obscurances es basa en la suposició que com més amagat és un punt a lescena, més fosc sha de veure. Es calcula analitzant lentorn geomètric del punt i ens dóna un valor per a la seva illuminació indirecta, que no és físicament acurat, però sí aparentment realista. Aquesta tècnica es millora per a entorns en temps real com els videojocs. Saplica també a entorns de ray-tracing per a la generació dimatges realistes. En aquest context, el càlcul de seqüències de frames per a lanimació de llums i càmeres saccelera enormement reusant informació entre frames. Les obscurances serveixen per a simular la illuminació indirecta duna escena. La llum directa es calcula apart i de manera independent. El desacoblament de la llum directa i la indirecta és una gran avantatge, i en treurem profit. Podem afegir fàcilment lefecte de coloració entre objectes sense afegir temps de càlcul. Una altra avantatge és que per calcular les obscurances només hem danalitzar un entorn limitat al voltant del punt. Per escenes virtuals difuses, la radiositat es pot precalcular i lescena es pot navegar amb apariència realista, però si un objecte de lescena es mou en un entorn dinàmic en temps real, com un videojoc, el recàlcul de la illuminació global de lescena és prohibitiu. Com les obscurances es calculen en un entorn limitat, es poden recalcular en temps real per a lentorn de lobjecte que es mou a cada frame i encara aconseguir temps real. A més, podem fer servir les obscurances per a calcular imatges de gran qualitat, o per seqüències dimatges per una animació, com en el ray-tracing. Això ens permet tractar materials no difusos i investigar lús de tècniques normalment difuses com les obscurances en entorns generals. Quan la càmera està estàtica, lús danimació de llum només afecta la illuminació directa, i si usem obscurances per a la llum indirecta, gràcies al seu desacoblament, el càlcul de sèries de frames per a una animació és molt ràpid. El següent pas és afegir animació de càmera, reusant els valors de les obscurances entre frames. Aquesta última tècnica de reús dinformació de la illuminació del punt dimpacte entre frames la podem usar per a tècniques acurades dilluminació global com el path-tracing, i nosaltres estudiem com reusar aquesta informació de manera no esbiaixada. A més, estudiem diferents tècniques de mostreig per a la semi-esfera, i les obscurances es calculen amb una nova tècnica, aplicant depth peeling amb GPU. --------------------------------