Разработка алгоритмов ускорения расчета изображений трехмерных сцен по методу световых сеток

• Автор: Новиков, Илья Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 126 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение.
1. Обзор.

1.1. Обратная рекурсивная лучевая трассировка

1.2. Камера, буфер глубины, изображение

1.3. Теория метода теневых карт

1.3.1. Непрерывный случай.

1.3.2. Дискретный случай

1.3.3. Примеры артефактов на изображениях.

1.4. Теория метода теневых объемов.

1.4.1. Непрерывный случай.

1.4.2. Дискретный случай
1.4.3. Общие замечания
1.5. Комбинированные алгоритмы генерации теней.
1.6. Мягкие тени в ОРЛТ
1.6.1. Интегральный подход
1.6.2. Метод теневых карт и мягкие тени.
1.6.3. Метод теневых объемов и мягкие теин
1.6.4. Краткая характеристика алгоритмов генерации мягких теней.
1.7. Заключение по главе.
2. Метод световых сеток
2.1. Теория метода.
2.2. Сравнение скоростных характеристик ОРЛТ и МСС.
2.3. Интеграция МСС в существующие программы рендеринга
2.4. Сравнение МСС с другими алгоритмами генерации мягких теней
2.5. Заключение по главе.
3. Алгоритмы ускорения МСС.
3.1. Использование шаблонов
3.2. Оптимизация по граничным и внутренним точкам
3.3. Сеточная функция локальной видимости
3.4. Допущения в расчетах изображений по МСС.
3.5. Результаты численных экспериментов
3.5.1. Скорость расчета изображения.
3.5.2. Качество изображения.
3.6. Заключение по главе.
4. Ускорение МСС за счет комплексирования с АТК и АТО.
4.1. Ускорение МСС на оспове использования графического акселератора.
4.2. Комплексирование МСС с АТК.
4.3. Комплексирование МСС с АТО.
4.4. Результаты численных экспериментов.
4.5. Обсуждение качества получаемых изображений.
4.6. Заключение по главе
Заключение.
Литература


Показано, что метод световых сеток имеет более широкую область практического применения в сравнении с другими алгоритмами генерации мягких теней, т. Теоретически показано и экспериментально подтверждено, что с увеличением сложности задачи визуализации трехмерных сцен (число объектов, источников освещения, разрешение изображения) время расчета изображения по методу световых сеток растет медленнее, чем для алгоритма Виттеда, и асимптотически метод световых сеток показывает лучшие результаты по скорости расчета. Впервые на основании исследования специфики расчета изображений по методу световых сеток разработаны три алгоритма его ускорения, с которыми расчет изображений занимает в среднем 0, - 0,5 от времени расчета по методу световых сеток без ускорений. Разработаны алгоритмы ускорения расчета изображений по методу световых сеток за счет комплексирования метода световых сеток с алгоритмом теневых карт и алгоритмом теневых объемов. В зависимости от типа сцены расчет изображения при помощи гибрида метода световых сеток и алгоритма теневых карг занимает в среднем 0, - 0,4 от времени расчета с использованием метода световых сеток без ускорений. Гибрид метода световых сеток и алгоритма теневых объемов требует больше времени на расчет изображения: 0,3 - 0, от времени расчета с использованием неускоренного метода световых сеток в зависимости от типа сцены, но дает более точное решение. Теоретическая оценка вычислительных затрат на расчет изображения в рамках модели освещенности Виггеда при помощи алгоритма обратной рекурсивной лучевой трассировки и метода световых сеток. Алгоритмы ускорения метода световых сеток, разработанные с учетом специфики расчетов по методу световых сеток. Алгоритмы ускорения метода световых сеток за счет комплексирования метода световых сеток с алгоритмом теневых карт и алгоритмом теневых объемов. Научная значимость работы заключается в определении места метода световых сеток среди других алгоритмов схожей функциональности, в алгоритмах ускорения расчета изображений трехмерных сцен по методу световых сеток. Достоверность научных положений, сформулированных в диссертации, подтверждается численными экспериментами, проведенными для трехмерных сцен различной конфигурации и сложности, а также сравнением результирующих изображений с изображениями, полученными с использованием других алгоритмов генерации теней. Методы исследований. В работе использовались методы вычислительной геометрии, вычислительной математики и компьютерной графики. Практическая значимость работы. Разработан программный комплекс, позволяющий рассчитывать изображения при помощи классического алгоритма Виггеда, а также метода световых сеток с возможностью использования любого из разработанных алгоритмов ускорения или их комбинации. Показано, что в любое программное средство, осуществляющее расчет изображения по какому-либо алгоритму, построенному на базе алгоритма Виттеда, может быть добавлен модуль, разработанный на основе метода световых сеток и включающий в себя предложенные алгоритмы ускорения. Апробация работы. Результаты работы докладывались на XLIII международной научной студенческой конференции (Новосибирск, ), конференции “Технологии Microsoft в теории и практике программирования” (Новосибирск, , ; Томск ), XV, XVII и XVIII международных конференциях по компьютерной графике и ее приложениям “Графикой” (Новосибирск, ; Москва, , ), конференции молодых ученых ИВМиМГ (Новосибирск, ), IX всероссийской конференции молодых ученых по математическому моделированию и информационным технологиям (Кемерово, ). Работа поддерживалась грантами РФФИ 6_а “Разработка алгоритмов физически корректной визуализации сцен с кристаллами”, 4_офи “Разработка и создание прототипа программного продукта реалистической визуализации пространственных сцен, основанного на методе световых сеток”. Публикации. По теме диссертации опубликовано работ, из них 1 по перечню ВАК Минобрнауки России. Структура и объем работы. Диссертация общим объемом 6 страниц состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы. В работе содержится рисунка и 6 таблиц. Список литературы включает наименования.