10.14489/vkit.2023.07.рр.011-023

DOI: 10.14489/vkit.2023.07.рр.011-023

Вяткин С. И., Долговесов Б. С.
ОБЪЕМНЫЙ ПЕРЕНОС СВЕТА В ФУНКЦИОНАЛЬНО ЗАДАННЫХ СЦЕНАХ
(с. 11-23)

Аннотация. В компьютерной графике главные цели – высокий реализм и скорость рендеринга. В части реализма важным является физически корректный рендеринг, который вычисляет передачу света от источника к наблюдателю. Представлен метод моделирования глобального освещения, в котором учитывается свет, поступающий непосредственно от источников, а также свет, перенаправляемый через другие части сцены. Это позволяет создавать различные оптические эффекты, такие как перетекание цвета с одной поверхности на другую, непрямое освещение и каустики. Метод отображения фотонов разработан для функционально заданных сцен с использованием графических процессоров, благодаря чему достигается интерактивный режим рендеринга.

Ключевые слова: функционально заданные сцены; функции возмущения; объемный перенос света; трассировка фотонов.

Vyatkin S. I., Dolgovesov B. S.
VOLUMETRIC LIGHT TRANSFER IN FUNCTIONALLY DEFINED SCENES
(рр. 11-23)

Abstract. In computer graphics, the main goals are high realism and rendering speed. In terms of realism, physically correct rendering is important, which calculates the transmission of light from the source to the observer. A method of modeling global illumination is presented, which takes into account light coming directly from sources, as well as light redirected through other parts of the scene. This allows you to create various optical effects, such as the flow of color from one surface to another, indirect lighting and caustics. The photon display method is designed for functionally defined scenes using graphics processors, thereby achieving an interactive rendering mode. The aim of the work is to implement a method for displaying photons in interactive rendering mode using graphics processors. It was necessary to find a compromise between physical accuracy and the speed of displaying scenes. As the number of parallel computing cores increases, traditional programming models become less efficient. GPUs based on the parallel processing model are being expanded by adding improved support for general-purpose computing to their cores. CUDA is a multicore computing platform. GPU-enabled hardware provides low-cost access to many computations. The method presented in this paper extends the photon-mapping algorithm for the CUDA platform to volumetric photon mapping. The beam brightness estimate used to efficiently calculate the density is recovered with the correct physical parameters. Photons are traced and bandwidth is selected. Performance increases due to calculations on multiple cores and the use of large compacted blocks.

Keywords: Functionally defined scenes; Perturbation functions; Volumetric light transfer; Photon tracing.

+ - Информация об авторах (About the Authors) Click to collapse

Рус

С. И. Вяткин, Б. С. Долговесов (Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск, Россия) E-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

Eng

S. I. Vyatkin, B. S. Dolgovesov (Institute of Automation and Electrometry of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Novosibirsk, Russia) E-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

+ - Библиографический список (References) Click to collapse

Рус

1. Max N. Global illumination in sparse voxel octrees // The Visual Computer. 2022. V. 38(5) P. 1443 – 1456. DOI: 10.1007/s00371-021-02078-6
2. Вяткин С. И., Долговесов Б. С. Комбинированный метод визуализации функционально заданных поверхностей и трехмерных текстур // Автометрия. 2019. Т. 55, № 2. С. 81 – 91. DOI: 10.15372/AUT20190209
3. Вяткин С. И., Долговесов Б. С. Физически корректная визуализация функционально заданных объектов // Автометрия. 2022. Т. 58, № 3. С. 98 – 105. DOI: 10.15372/AUT20220311
4. Vyatkin S. I., Dolgovesov B. S. Highly Realistic Visualization of Caustics and Rough Surfaces // Programming and Computer Software. 2022. V. 48(5). P. 322 – 330.
5. Wang B., Ge L., Holzschuch N. Precomputed Multiple Scattering for Rapid Light Simulation in Par¬ticipating Media // IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics. 2020. V. 26(7). P. 2456 – 2470. DOI: 10.1109/TVCG.2018.2890466
6. Wu W., Wang B., Yan L. Q. A survey on rendering homogeneous participating media // Computational Visual Media. 2022. V. 8(2). P. 177 – 198. DOI: 10.1007/s41095-021-0249-1
7. Kettunen M., Harkonen E., Lehtinen J. Deep convolutional reconstruction for gradientdomain rendering // ACM Transactions on Graphics. 2019. V. 38(4). P. 1 – 12. DOI: 10.1145/3306346.3323038
8. Xing Q., Chen C., Li Z. Accelerated Path Tracing With GAN and Matrix Completion // IEEE Access. 2021. V. 9 P. 390055 – 390066. DOI: 10.1109/ACCESS.2021.3059887
9. Sik M., Krivanek J. Survey of Markov Chain Monte Carlo Methods in Light Transport Simulation // IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics. 2020. V. 26(4). P. 1821 – 1840. DOI: 10.1109/TVCG.2018.2880455
10. Вяткин С. И., Долговесов Б. С. Рендеринг неоднородных объемов с применением функций возмущения // Вестник компьютерных и информационных технологий. 2022. Т. 19, № 12. С. 12 – 20. DOI: 10.14489/vkit.2022.12.pp.012-020
11. Вяткин С. И., Долговесов Б. С. Методы интерактивного моделирования и визуализации функционально заданных объектов для 3D-Web приложений // Автометрия. 2022. Т. 58, № 1. С. 111 – 118. DOI: 10.15372/AUT20220112
12. Вяткин С. И. Метод рекурсивного поиска элементов изображения функционально заданных поверхностей // Автометрия. 2017. Т. 53, № 3. С. 53 – 57. DOI: 10.15372/ AUT20170307
13. McCluney W. R. Introduction to Radiometry and Photometry. 2nd ed: Title Page & Table of Contents. Boston/London: Artech House, 2014.
14. Lassas M., Oksanen L., Stefanov P., Uhlmann G. The Light Ray Transform on Lorentzian Manifolds // Communications in Mathematical Physics. 2020. V. 377. P. 1349 – 3179. DOI: 10.1007/s00220-020-03703-6
15. Jensen H. W. Realistic image synthesis using photon mapping // Publisher: A. K. Peters, Ltd.63 South Avenue Natick, MA United States, 2001. P. 181.
16. Jensen H. W., Christensen P. H. Efficient simulation of light transport in scences with participating media using photon maps // Proceedings of the 25th ACM SIGGRAPH. Orlando, July 1998. P. 311 – 320. DOI: 10.1145/280814.280925
17. Igehy H. Tracing ray differentials // Proceedings of ACM SIGGRAPH 1999, P. 179 – 186.
18. Blasi P., Le Saëc B., Schlick C. A rendering algorithm for discrete volume density objects // Computer Graphics Forum. 1993. V. 12 (3). P. 201 – 210.

Eng

1. Max N. (2022). Global illumination in sparse voxel octrees. The Visual Computer, Vol. 38 (5), pp. 1443 – 1456. DOI: 10.1007/s00371-021-02078-6
2. Vyatkin S. I., Dolgovesov B. S. (2019). Combined visualization method for functionally defined surfaces and 3D textures. Avtometriya, Vol. 55 (2), pp. 81 – 91. [in Russian language] DOI: 10.15372/AUT20190209
3. Vyatkin S. I., Dolgovesov B. S. (2022). Physically correct visualization of functionally defined objects. Avtometriya, Vol. 58 (3), pp. 98 – 105. [in Russian language] DOI: 10.15372/AUT20220311
4. Vyatkin S. I., Dolgovesov B. S. (2022). Highly Realistic Visualization of Caustics and Rough Surfaces. Programming and Computer Software, Vol. 48 (5), pp. 322 – 330.
5. Wang B., Ge L., Holzschuch N. (2020). Precomputed Multiple Scattering for Rapid Light Simulation in Par¬ticipating Media. IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics, Vol. 26 (7), pp. 2456 – 2470. DOI: 10.1109/TVCG.2018.2890466
6. Wu W., Wang B., Yan L. Q. (2022). A survey on rendering homogeneous participating media. Compu¬tational Visual Media, Vol. 8 (2), pp. 177 – 198. DOI: 10.1007/s41095-021-0249-1
7. Kettunen M., Harkonen E., Lehtinen J. (2019). Deep convolutional reconstruction for gradient-domain rendering. ACM Transactions on Graphics, Vol. 38 (4), pp. 1 – 12. DOI: 10.1145/3306346.3323038
8. Xing Q., Chen C., Li Z. (2021). Accelerated Path Tracing with GAN and Matrix Completion. IEEE Access, Vol. 9, pp. 390055 – 390066. DOI: 10.1109/ACCESS.2021.3059887
9. Sik M., Krivanek J. (2020). Survey of Markov Chain Monte Carlo Methods in Light Transport Simulation. IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics, Vol. 26 (4), pp. 1821 – 1840. DOI: 10.1109/TVCG.2018.2880455
10. Vyatkin S. I., Dolgovesov B. S. (2022). Rendering of inhomogeneous volumes using perturbation functions. Vestnik komp'yuternyh i informatsionnyh tekhnologiy, Vol. 19 (12), pp. 12 – 20. [in Russian language] DOI: 10.14489/vkit.2022.12.pp.012-020
11. Vyatkin S. I., Dolgovesov B. S. (2022). Methods for Interactive Modeling and Visualization of Functionally Specified Objects for 3D Web Applications. Avtometriya, Vol. 58 (1), pp. 111 – 118. [in Russian language] DOI: 10.15372/AUT20220112
12. Vyatkin S. I. (2017). Method of recursive search for image elements of functionally defined surfaces. Avtometriya, Vol. 53 (3), pp. 53 – 57. [in Russian language] DOI: 10.15372/ AUT20170307
13. McCluney W. R. (2014). Introduction to Radiometry and Photometry 2nd ed: Title Page & Table of Contents. Boston/London: Artech House.
14. Lassas M., Oksanen L., Stefanov P., Uhlmann G. (2020). The Light Ray Transform on Lorentzian Manifolds. Communications in Mathematical Physics, Vol. 377, pp. 1349 – 3179. DOI: 10.1007/s00220-020-03703-6
15. Jensen H. W. (2001). Realistic image synthesis using photon mapping. Publisher: A. K. Peters, Ltd.63 South Avenue Natick.
16. Jensen H. W., Christensen P. H. (1998). Effiient simulation of light transport in scences with participating media using photon maps. Proceedings of the 25th ACM SIGGRAPH, pp. 311 – 320. Orlando. DOI: 10.1145/280814.280925
17. Igehy H. (1999). Tracing ray differentials. In Proceedings of ACM SIGGRAPH, pp. 179 – 186.
18. Blasi P., Le Saëc B., Schlick C. (1993). A Rendering Algorithm for Discrete Volume Density Objects. Computer Graphics Forum, 12(3), pp. 201 – 210.

+ - Заказать электронную версию статьи (Purchase digital version of a single article) Click to collapse

Рус

Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).

Стоимость статьи 500 руб. (в том числе НДС 20%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.

После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.

Для заказа скопируйте doi статьи:

10.14489/vkit.2023.07.рр.011-023

и заполните форму

Отправляя форму вы даете согласие на обработку персональных данных.

Eng

This article is available in electronic format (PDF).

The cost of a single article is 500 rubles. (including VAT 20%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.

After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.

To order articles please copy the article doi:

10.14489/vkit.2023.07.рр.011-023

and fill out the form