Ray Tracing Acceleration Techniques

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Ray Tracing Acceleration Techniques

• A Survey of Ray Tracing Acceleration Techniques
• James Arvo et David Kirk
• Ray Tracing on Programmable Graphics Hardware
• Timothy.J.Purcell, Ian Buck, Willian.R.Mark, Pat
  Hanrahan
• DESS IMM Duberga Jean-Christophe et Perier
  Christophe

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• Problématique
• Le lancé de rayons est réputé comme une méthode
  de rendu lente, lécartant des méthodes de rendu
  en temps réel.

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• Plan
• I) Techniques daccélération générales.
• 1) hiérarchie sur les volumes
• 2) subdivision de lespace
• 3) Réduction du nombre de rayons
• - Light Buffer
• - Ray Coherence
• - Ray Classification
• II) Accélération Hardware (Vertex et Pixel
  Shader).
• 1) Tirer parti de larchitecture parallèle des
  GPU
• 2) Contraintes engendrées par les GPU
• 3) Exemple dimplémentation
• III) Conclusion.

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• Évaluation de la complexité dun Ray tracer
• n B m I
• n Nombre de rayons testés contre le volume
  englobant
• m Nombre de rayons qui touche le volume
  englobant
• B coût de chaque test dintersection
• I coût de lintersection

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• Comment réduire le nombre de tests dintersection
  entre les rayons et les volumes ?

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• Bounding Box associée au modèle.
• - Découpage de lespace (Octree,BSP).

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• Convex Hulls
• - Donne lenveloppe convexe dun objet
• - Cest une décomposition unique
• - Cest la plus petite.

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• Découpage de lespace
• Subdivision uniforme de lespace

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• Découpage de lespace
• Subdivision non uniforme de lespace

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• Comparaisons
• Uniforme loin dêtre optimal, mais
  simple à construire
• Non uniforme plus optimal et à peine
  plus compliqué

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• Deux problèmes
• Un objet peut intersecter plusieurs voxels.
• - On peut réduire le nombre de tests !
• (Algo de la Mailing Box)
• On peut oublier des dobjets.
• - Il faut tester si lintersection se trouve dans
  le voxel courant !

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• Directional techniques
• - Direction Cube
• - Ray coherence
• - Light Buffer
• - Ray classification

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• Accélération Hardware (Vertex et Pixel Shader).
• 1) Tirer parti de larchitecture parallèle
  des GPU
• Les calculs sur les rayons sont relativement
  cours mais très nombreux.
• On pourrait donc imaginer de les exécuter en
  parallèle grâce à larchitecture en pipeline des
  cartes graphiques.

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• Accélération Hardware (Vertex et Pixel Shader).
• 2) Contraintes engendrées par les GPU
• Les GPU sont très spécialisés, ils ont donc un
  très petit jeu dinstructions et ne supportent
  pas les branchements (pour linstant)
• Les structures de données sont restreintes
  (Vertex, Texture), il ny a pas de structure
  prévue pour les voxels ou les rayons.

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• Accélération Hardware (Vertex et Pixel Shader).
• 3) Exemple dimplémentation
• Timothy.J.Purcell, Ian Buck, Willian.R.Mark et
  Pat Hanrahan proposent une méthode pour
  implémenter un ray tracer dans un programme de
  Pixel Shader qui sera donc exécuté sur la carte
  graphique et tirera parti de son architecture
  parallèle.

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• Accélération Hardware (Vertex et Pixel Shader).

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• Accélération Hardware (Vertex et Pixel Shader).
• Organisation des structures de données
  (tenant compte des contraintes vues précédemment)
  

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• Accélération Hardware (Vertex et Pixel Shader).
• Deux versions du programme
• - Version avec boucle en une seule passe.
• - Version sans boucle en multi passes.

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• Accélération Hardware (Vertex et Pixel Shader).

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• Conclusion
• Le lancé de rayons en temps réel, bientôt
  une réalité ?
• Wald et al. 20M tri/sec sur un PIII
  800Mhz
• Carr. Et al. 114M tri/sec sur ATI 8500 (nbre
  entiers)
• Dans ce papier
• 56M tri/sec sans branchements
• 220M tri/sec avec branchements
• Il reste le problème des scènes
  dynamiques.