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10.07.2008 T. Wallrath - 1 - Optimierung des Photon Mapping Verfahrens durch Verbesserung der Radiance Estimate Berechnung und Einsatz von Radiosity Photonen.

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

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

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

4 T. Wallrath Photon Mapping simuliert alle Lichtpfade geometrieunabhängig Two-Pass Algorithmus 1.Photon Tracing –Emission und Verfolgung durch die Szene –Speicherung in Photon Map 2.Rendering -Abschätzung der Beleuchtungsstärke anhand Photonendichte (Radiance Estimate)

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

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

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

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

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

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

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

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

13 T. Wallrath Photonen-Pool PhotonIdLightId GroupIdLevel N0N0 BundleId N0N0 0 fester Ausgangspool Einteilung in Photonengruppen Gleicher Indexraum pro Lichtquelle BundleId als eindeutiger Index einer Gruppe Level des Refinement- Grades

14 T. Wallrath Radiance Estimate ?

15 T. Wallrath Fallback-Funktion 1.Keine Beleuchtung (E=0) 2.Klassisches Photon Mapping 3.Formfaktor- Raytracing

16 T. Wallrath Refinement Steuerung der Verfeinerung durch Exponenten der Haltonbasen Indizes der neuen Gruppen NewGroupId i = OldGroupId + i * N l NewBundleId i = B l + NewBundleId i + LightId * N l+1

17 T. Wallrath Refinement PhotonIdLightId GroupIdLevel BundleId

18 T. Wallrath Refinement

19 T. Wallrath Orakel Entscheidet, ob Gruppe verfeinert wird Analysiert Gruppe während Tracing- Vorgangs Drei Orakel-Funkionen: 1.BFA-Orakel 2.Lischinski-Orakel 3.Geo-Orakel

20 T. Wallrath BFA-Orakel

21 T. Wallrath Lischinski-Orakel

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

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

24 T. Wallrath Ergebnisse Fallback-Methoden –2592 Gruppen / Photonen E = ms Photon Mapping r = 0, ms Formfaktor-Raytracing 20 Schattenfühler ms

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

26 T. Wallrath 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


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