Real-Time Light Transport in Analytically Integrable Participating Media

Abstract

Zaměřením práce je vykreslování scén v reálném čase v opticky aktivních mé- diích, např. v mlze. Tato média významně ovlivňují vzhled vykreslované scény. Jedná se tedy o důležitý problém, jehož fyzikálně přesné řešení však vyžaduje výpočetně náročnou simulaci velkého množství interakcí mezi světlem a části- cemi média, zejména při simulování vícenásobných rozptylů. Stávající přístupy pro výpočty v reálném čase jsou většinou založené na empirických metodách, si- mulují jen jednou rozptýlené světlo nebo uvažují pouze homogenní média. Tato práce stručně přibližuje tyto přístupy a následně představuje zdokonalenou me- todu pro simulaci vícenásobných rozptylů v reálném čase v kvazi-heterogenních médiích. K tomuto účelu využívá analyticky integrovatelné funkce hustoty a efek- tivní filtrování v MIP mapách s technikami pro minimalizaci nedílných vizuálních nepřesností. Řešení bylo implementováno a vyhodnoceno v kombinované CPU / GPU aplikaci. Výsledná vysoce paralelní metoda dosahuje dobré vizuální věrnosti a dokáže zpracovat jeden snímek za pouhých několik milisekund.

The focus of this thesis is the real-time rendering of participating media, such as fog. This is an important problem, because such media significantly influence the appearance of the rendered scene. It is also a challenging one, because its physically correct solution involves a costly simulation of a very large number of light-particle interactions, especially when considering multiple scattering. The existing real-time approaches are mostly based on empirical or single-scattering approximations, or only consider homogeneous media. This work briefly examines the existing solutions and then presents an improved method for real-time multi- ple scattering in quasi-heterogeneous media. We use analytically integrable den- sity functions and efficient MIP map filtering with several techniques to minimize the inherent visual artifacts. The solution has been implemented and evaluated in a combined CPU/GPU prototype application. The resulting highly-parallel method achieves good visual fidelity and has a stable computation time of only a few milliseconds per frame.