Ray Tracing News

1
(No Transcript)
2
Ray Tracing News

• http//www.raytracingnews.org/
• RTNv19n1 September 30, 2006
• Introduction
• Ray Tracing Roundup
• Notes on Efficient Ray Tracing
• Ray-Box Sorting
• BVHs and Memory Coherence
• So long and thanks for all the fish...
• Ray/Box Intersection Optimization
• SIGGRAPH 2006 Report

3
Ray TracingenGlobal Illumination

• praktische inleiding
• over beschikbare software

4
Ray Tracer from scratch

• practicum CG1
• leerrijk, maar tijdrovend
• matrix, vector, kleur, afbeelding, camera,
  straal, puntlicht, driehoek, ...
• ontwerpkeuzes

5
Beschikbare renderers

• standing on the shoulders of giants
• doel
• hobby ray tracer met beperkte fysische basis
• bv. POV-Ray
• academische, fysisch gebaseerde global
  illumination renderer
• bv. PBRT, RenderPark, Radiance,
• basisimplementatie
• meer mogelijkheden dan je zelf zou schrijven
• uitbreidbaarheid

6
Overzicht

• Ray Tracing
• korte herhaling van CG1
• voorbeeld POV-Ray
• Global Illumination
• korte herhaling van CG1, meer info zie CG2
• voorbeeld PBRT

7
Ray Tracing herhaling

• camera
• pixelrooster
• scène

scène
camera
pixelrooster
8
Ray Tracing herhaling

• primaire straal

9
Ray Tracing herhaling

• primaire straal
• raakpunt
• schaduw en shading

10
Ray Tracing herhaling

• schaduw
• schaduwstraal van raakpunt naar lichtbron
• raakt ander object?raakpunt niet belicht

11
Ray Tracing herhaling

• diffuus
• cosinus (N.L)

• speculair
• spiegeling(N.V) (N.R)
• recursie

• Phong (glans)
• cosinus (R.V) of (N.H)
• exponent n

12
Ray Tracing herhaling

• recursie
• reflectie
• refractie
• wet van Snellius

normaal buiten
lucht (n1)
glas (n1,5)
oppervlak
13
Ray Tracing herhaling

• ray tracingà la Whitted 1980
• uitbreidingen
• oppervlaktelichtbron(zachte schaduwen)
• participerende media
• hacks
• ambiënt licht

14
POV-Ray (www.povray.org)

• hobby, artistiek, andere terminologie
• brede basisimplementatie
• uitbreidbaarheid is geen doel
• praktische documentatie en tutorials
• standaard ray tracing

15
POV-Ray

• fotorealisme mogelijk door te tweaken
• Internet Ray Tracing Competition (www.irtc.org)
• niet fysisch gebaseerd, geen global illumination
• radiosity, photon map uitbreidingen

16
POV-Ray syntax

• camera
• perspective
• location lt0.0, 0.5,-8.0gt
• look_at lt0.0, 0.0, 0.0gt
• up lt0.0, 1.0, 0.0gt
• angle 50

17
POV-Ray syntax

• light_source
• lt-30,30,-30gt // positie
• color rgb lt1.0, 1.0, 1.0gt
• pointlight
• light_source
• lt-30,30,-30gt // positie
• color rgb lt1.0, 1.0, 1.0gt
• area_light
• lt8, 0, 0gt lt0, 0, 8gt // afmetingen
• 8, 8 // stratificatie
• jitter

18
POV-Ray syntax

• plane
• y, -1 // vlak y-1
• box
• lt-3,-1,-1gt lt-1, 1, 1gt // hoekpunten
• sphere
• lt0.0, 0.0, 0.0gt, 1 // center, straal
• cone
• lt2,1,0gt, 0.0, // punt op as, straal 0
• lt2,-1,0gt, 1.0 // punt op as, straal 1

19
POV-Ray syntax

• mesh
• triangle
• lt0,0,0gt, lt0,1,0gt, lt1,1,0gt // hoeken
• uv_vectors lt0,0gt, lt0,1gt, lt1,1gt
• // textuurcoordinaten
• smooth_triangle
• lt0,0,0gt, lt0,0,1gt, // hoek, normaal
• lt1,0,0gt, lt0,1,1gt, // hoek, normaal
• lt1,1,0gt, lt1,1,1gt // hoek, normaal
• uv_vectors lt0,0gt, lt0,1gt, lt1,1gt
• // textuurcoordinaten

20
POV-Ray syntax

• texture // materiaal
• pigment // basiskleur
• // ...
• normal // bump map
• // ...
• finish // glans
• // ...

21
POV-Ray syntax

• pigment
• color rgb lt1.0,0.0,0.0gt
• pigment
• image_map
• jpeg
• "filename.jpg"

22
POV-Ray syntax

• normal
• bumps 0.5 // proceduraal
• normal
• bump_map
• gif
• "filename.gif"

23
POV-Ray syntax

• finish
• phong 0.9
• phong_size 60 // 1 - 250
• // of
• specular 0.9
• roughness 0.02 // 0.0005 1
• reflection 0.8
• // modifiers
• metallic // kleur highlight
• conserve_energy

24
POV-Ray
25
POV-Ray

• uitbreidbaarheid?
• C
• redelijk leesbare code
• weinig structuur
• code aanpassen
• functionaliteit toevoegen?

26
Overzicht

• Ray Tracing
• korte herhaling van CG1
• voorbeeld POV-Ray
• Global Illumination
• korte herhaling van CG1, meer info zie CG2
• voorbeeld PBRT

27
Global Illumination

• diffuse interreflecties

28
Global Illumination

• diffuse interreflecties
• glossy reflecties

29
Global Illumination

• diffuse interreflecties
• glossy reflecties
• caustics

30
Global Illumination

• diffuse interreflecties
• glossy reflecties
• caustics
• fysisch correct

31
Global Illumination
radiosity stochastic ray tracing

• diffuse interreflecties
• glossy reflecties
• caustics
• fysisch correct

radiosity
ray tracing
foto
32
Global Illumination herhaling
33
Global Illumination herhaling
34
Global Illumination herhaling

• directe/indirecte belichting samen

35
Global Illumination herhaling

• directe/indirecte belichting apart

36
Global Illumination herhaling

• path tracing

37
Global Illumination herhaling

• path tracing
• L ...

38
Global Illumination herhaling

• path tracing
• L ...
• emissie

39
Global Illumination herhaling

• path tracing
• L ...
• emissie
• directe belichting

40
Global Illumination herhaling

• path tracing
• L ...
• emissie
• directe belichting
• indirecte belichtingkomt van overal

41
Global Illumination herhaling

• path tracing
• L ...
• emissie
• directe belichting
• indirecte belichtinguit 1 richting

42
Global Illumination herhaling

• path tracing
• L ...
• emissie
• directe belichting
• indirecte belichtingkomt van ergens

43
Global Illumination herhaling

• path tracing
• L ...
• emissie
• directe belichting
• indirecte belichtingrecursief

44
Global Illumination herhaling

• path tracing
• L ...
• emissie
• directe belichting
• indirecte belichtingrecursief

45
Global Illumination herhaling

• path tracing
• L ...
• emissie
• directe belichting
• indirecte belichtingrecursief

46
Global Illumination herhaling

• path tracing
• L ...
• emissie
• directe belichting
• indirecte belichtingrecursief

47
Global Illumination herhaling

• path tracing
• L ...
• emissie
• directe belichting
• indirecte belichtingrecursief

48
Global Illumination herhaling

• path tracing
• L ...
• emissie
• directe belichting
• indirecte belichtingrecursief

49
Global Illumination herhaling

• path tracing
• L ...
• emissie
• directe belichting
• indirecte belichtingrecursief
• aantal keerper pixel

50
Global Illumination herhaling

• path tracing
• in principe volledig
• maar soms traag
• bv. caustics

51
Global Illumination herhaling

• photon mapping
• pass 1 store

52
Global Illumination herhaling

• photon mapping
• pass 1 store
• positie (x, y, z)
• inkomende richting
• vermogen (r, g, b)

53
Global Illumination herhaling

• photon mapping
• pass 1 store
• positie (x, y, z)
• inkomende richting
• vermogen (r, g, b)
• in kd-tree

54
Global Illumination herhaling

• photon mapping
• pass 1 store
• positie (x, y, z)
• inkomende richting
• vermogen (r, g, b)
• in kd-tree
• los van geometrie

55
Global Illumination herhaling

• photon mapping
• pass 1 store
• globale map
• caustic map

56
Global Illumination herhaling

• photon mapping
• pass 1 store
• pass 2 gather
• soort stochasticray tracingemissiedirecte
  belichtingcaustic mapindirecte
  belichtingglobale map

57
PBRT (www.pbrt.org)

• academisch
• beperkte basisimplementatie
• moderne, leesbare algoritmes
• performant, maar geen micro-optimalisaties
• extreem uitbreidbaar
• bijna alles in plugins
• documentatie
• directe overeenkomst theorie en implementatie
• gekende terminologie

58
PBRT

• boek Physically Based Rendering From Theory to
  Implementation
• M. Pharr, G. Humphreys. 2004.
• incl. CD met bin, src v1.0 en prentjes
• site www.pbrt.org
• source code v1.02
• Windows (Visual Studio, Cygwin)
• Linux / MacOS X
• plugins
• errata bugtracking

59
PBRT

• globale belichting, fysisch gebaseerd
• fotorealisme als je realistische invoer geeft

60
PBRT

• globale belichting, fysisch gebaseerd
• fotorealisme als je realistische invoer geeft

61
PBRT

• globale belichting, fysisch gebaseerd
• fotorealisme als je realistische invoer geeft

62
PBRT plugins

• accelerators kdtree, grid
• cameras perspective, environment, orthographic
• filters mitchell, box, gaussian, sinc, triangle
• integrators directlighting, irradiancecache,
  path, photonmap, whitted, ...
• samplers lowdiscrepancy, stratified, ...

63
PBRT

• lights area, distant, infinite, point,
  projection, spot, ...
• materials matte, glass, mirror, plastic,
  shinymetal, translucent, uber, ...
• shapes cone, cylinder, disk, loopsubdiv, nurbs,
  sphere, trianglemesh, ...
• textures checkerboard, constant, dots, fbm,
  imagemap, marble, windy, wrinkled, ...

64
PBRT syntax

• Identifier class (type name
  value)
• Film image string filename
  foo
• Sampler stratified bool jitter
  true
• LightSource spot float coneangle 30
• Shape trianglemesh point P 0 0 0 0 1
  0 1 0 0
• normal N 0 0 1 0 1
  1 1 0 1
• vector S 1 1 0 1 0
  0 0 1 0
• integer indices 0 1
  2 ...
• Texture green color constant color value
  0 1 0
• Material matte texture Kd
  green
• Material matte color Kd 0 1
  0

65
PBRT syntax

• LookAt 0 10 100 0 -1 0 0 1 0
• camera punt lookat punt up vector
• Camera perspective float fov 30
• SurfaceIntegrator path
• Accelerator kdtree

66
PBRT syntax

• PixelFilter box float xwidth .5
• float ywidth .5
• Sampler stratified integer xsamples 2
• integer ysamples 2
• bool jitter true
• Film image string filename name.exr
• integer xresolution 800
• integer yresolution 600

67
PBRT

• OpenEXR (www.openexr.com)
• Industrial Light Magic (Lucasfilm)
• high dynamic range
• in postproces exposure aanpassen

68
PBRT syntax

• WorldBegin
• LightSource point point from 0 1 0
• AttributeBegin
• Translate 0 2 0
• Rotate 135 1 0 0 hoek en as
• Material matte color Kd 1 0 0
• Shape sphere float radius 2
• altijd center 0 0 0, dus Translate
• AttributeEnd
• WorldEnd

69
PBRT plugins

• include shape.h
• class Sphere public Shape
• public
• Sphere(...)
• BBox ObjectBound() const
• bool Intersect(const Ray ray,
• float tHit, ...) const
• bool IntersectP(const Ray ray) const
• float Area() const
• Point Sample(float u1, float u2, ...)
• const
• float Pdf(...) const

70
PBRT plugins

• Shape CreateShape(...)
• float radius
• params.FindOneFloat("radius", 1.0f)
• return new Sphere(radius, ...)
• Shape sphere float radius 2

71
(No Transcript)
72
(No Transcript)
73
(No Transcript)
74
Praktische rendering

• Eigen PC
• Graphics aquarium
• Athlon 64 X2 (dual core)
• uitbreiding
• PC-klas
• 40-tal Pentium IV
• Cluster (www.vic.cc.kuleuven.be)
• 400-tal Opteron250 cores
• binnenkort 480-tal extra