Atmospheric Rendering

Abstract

Název: Rendering atmosféry Autor: Mgr. Lukáš Hošek Ústav: Katedra softwaru a výuky informatiky Vedoucí: doc. Dr. Alexander Wilkie, Katedra softwaru a výuky informatiky Abstrakt: Obloha je důležitou součástí všech venkovních scén. Tato práce se zabývá modely oblohy- způsobem, jak integrovat oblohu a atmosférické efekty do ren- dereru. V této práci zkoumáme fyziku rozptylu světla v atmosféře a detailně popisu- jeme postup konstrukce fyzikálně založeného atmosférického simulátoru implemen- tovaného jako path-tracer. Tento path-tracer je plně spektrální a produkuje polarizační data. Nakonec představujeme dva analytické modely oblohy. Tyto praktické modely se dají snadno integrovat i do real-time rendererů a kombinují věrnost vzhledu sku- tečné oblohy s nízkou výpočetní náročností. První model je jednodušší verze, která poskytuje pouze data radiance oblohy. Druhý model navíc poskytuje polarizační data, modeluje vzhled oblohy po západu slunce včetně přesného modelu stínu Země, vzdušnou perspektivu a poskytuje data pro kompletní sféru obklopující pozorovatele. Klíčová slova: počítačová grafika, rendering, modely oblohy, modely atmosféry

Title: Atmospheric Rendering Author: Mgr. Lukáš Hošek Department: Department of Software and Computer Science Education Supervisor: doc. Dr. Alexander Wilkie, Department of Software and Computer Sci- ence Education Abstract: The sky is an important feature of all outdoor scenes. This thesis explores the topic of skydome models - an approach to getting the sky and atmospheric effects integrated into a renderer. We discuss the physics of atmospheric scattering and de- scribe in detail the construction of a first-principles path tracer atmospheric simulator implementation. The presented path tracer is fully spectral and produces polarization data. Finally, we present two different analytic skydome models. These analytic mod- els are highly practical because they can be integrated even into real-time renderers and provide an excellent combination of fidelity and low computational cost. The first model is a simpler version, providing just the skydome spectral radiance. The second model also provides polarization data, after-sunset skies with an accurate modeling of Earth's shadow, aerial perspective and full sphere data. Keywords: computer graphics, rendering, skylight models, atmospheric modeling