Globale Volumenbeleuchtung mit Photon Mapping und Path Tracing

Globale Volumenbeleuchtung mit Photon Mapping und Path Tracing Prüfer: Prof. Dr. Daniel Weiskopf Betreuer: Dipl.‐Inf. Marco Ament Hintergrund Die globale Beleuchtung innerhalb eines partizipierenden Mediums ist unerlässlich für die photorealistische Bildsynthese von volumetrischen Daten. Die Simulation des Lichttransports ist sehr aufwendig, insbesondere durch die mehrfache Streuung des Lichts innerhalb des Mediums. Typische Anwendungen sind CGI‐Animationen für Filme, aber auch wissenschaftliche Visualisierungen z.B. im Bereich der Astrophysik für die räumliche Rekonstruktion und Darstellung von interplanetarischen Nebeln [2]. Ziele und Arbeitsprogramm In dieser Studienarbeit sollen zwei Referenzverfahren (Photon Mapping und Path Tracing) der globalen Volumenbeleuchtung für den Open Source Renderer PBRT (http://www.pbrt.org) implementiert und erweitert werden. Diese Verfahren sind für die Beleuchtung von Oberflächen bereits in PBRT integriert und sollen hier für partizipierende Medien (Wolken, Nebel, Rauch, usw.) entsprechend erweitert werden, um fehlende Effekte der Mehrfachstreuung hochrealistisch abzudecken. Die Implementierung in PBRT soll als Referenz dienen, um für globale Beleuchtungsverfahren qualitative und quantitative Vergleiche durchführen zu können. Um den visuellen Eindruck weiter zu verbessern, sollen die volumetrischen Details mit prozeduralem Rauschen, wie z.B. Perlin Noise [1], verfeinert werden. Das Arbeitsprogramm im Detail: •
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Einarbeitung in PBRT [3]. Implementierung des Photon Mapping Algorithmus für partizipierende Medien mit Mehrfachstreuung [3, 4]. Implementierung des Path Tracing Algorithmus für partizpierende Medien mit Mehrfachstreuung [3, 5, 6]. Vergleich von Photon Mapping und Path Tracing durch quantitativen Vergleich der jeweiligen Ergebnisse für repräsentative Testszenen (Beispiel L2‐Differenz). Vergleich der Performanz von Photon Mapping und Path Tracing. Hinzufügen von prozeduralem Perlin Noise [1] zur Verfeinerung der Details. Erstellen der Ausarbeitung und Abschlussvortrag. Die Implementierung soll auf der Basis von PBRT und C++ realisiert werden. Erforderlich sind Interesse am Thema, sehr gute Kenntnisse in C++ und die Vorlesung Bildsynthese oder eine vergleichbare Veranstaltung. Kenntnisse in PBRT sind wünschenswert, aber nicht notwendig. Referenzen [1] K. Perlin. An Image Synthesizer. ACM SIGGRAPH Computer Graphics, 19(3): 287‐296, 1985. [2] M. Magnor, K. Hildebrand, A. Lintu, A. Hanson. Reflection Nebula Visualization. Proc. IEEE Visualization, 255‐262, 2005. [3] M. Pharr and G. Humphreys. Physically‐based Rendering: From Theory to Implementation. http://www.pbrt.org. [4] H. W. Jensen and P. H. Christensen. Efficient Simulation of Light Transport in Scenes with Participating Media using Photon Maps. Proc. of SIGGRAPH, 311‐320, 1998. [5] E. P. Lafortune and Y. D. Willems. Rendering Participating Media with Bidirectional Path Tracing. Proc. Eurographics Workshop on Rendering Techniques, 91‐100, 1996. [6] M. Pauly, T. Kollig, and A. Keller. Metropolis Light Transport for Participating Media. Proc. Eurographics Workshop on Rendering Techniques, 11‐22, 2000.