Bitte benutzen Sie diese Referenz, um auf diese Ressource zu verweisen: doi:10.22028/D291-25785
Titel: Realtime ray tracing and interactive global illumination
Verfasser: Wald, Ingo
Sprache: Englisch
Erscheinungsjahr: 2004
SWD-Schlagwörter: Ray tracing ; Realistische Computergraphik
DDC-Sachgruppe: 004 Informatik
Dokumentart : Dissertation
Kurzfassung: One of the most sought-for goals in computer graphics is to generate "realism in real time". i.e. the generation of realistically looking images at realtime frame rates. Today, virtually all approaches towards realtime rendering use graphics hardware, which is based almost exclusively on triangle rasterization. Unfortunately, though this technology has seen tremendous progress over the last few years, for many applications it is currently reaching its limits in both model complexity, supported features, and achievable realism. An alternative to triangle rasterizations is the ray tracing algorithm, which is well-known for its higher flexibility, its generally higher achievable realism, and its superior scalability in both model size and compute power. However, ray tracing is also computationally demanding and thus so far is used almost exclusively for high-quality offline rendering tasks. This dissertation focuses on the question why ray tracing is likely to soon play a larger role for interactive applications, and how this scenario can be reached. To this end, we discuss the RTRT/OpenRT realtime ray tracing system, a software based ray tracing system that achieves interactive to realtime frame rates on todays commodity CPUs. In particular, we discuss the overall system design, the efficient implementation of the core ray tracing algorithms, techniques for handling dynamic scenes, an efficient parallelization framework, and an OpenGL-like low-level API. Taken together, these techniques form a complete realtime rendering engine that supports massively complex scenes, highley realistic and physically correct shading, and even physically based lighting simulation at interactive rates. In the last part of this thesis we then discuss the implications and potential of realtime ray tracing on global illumination, and how the availability of this new technology can be leveraged to finally achieve interactive global illumination - the physically correct simulation of light transport at interactive rates.
Eines der wichtigsten Ziele der Computer-Graphik ist die Generierung von "Realismus in Echtzeit'; — die Erzeugung von realistisch wirkenden, computer- generierten Bildern in Echtzeit. Heutige Echtzeit-Graphikanwendungen werden derzeit zum überwiegenden Teil mit schneller Graphik-Hardware realisiert, welche zum aktuellen Stand der Technik fast ausschliesslich auf dem Dreiecksrasterisierungsalgorithmus basiert. Obwohl diese Rasterisierungstechnologie in den letzten Jahren zunehmend beeindruckende Fortschritte gemacht hat, stößt sie heutzutage zusehends an ihre Grenzen, speziell im Hinblick auf Modellkomplexität, unterstützte Beleuchtungseffekte, und erreichbaren Realismus. Eine Alternative zur Dreiecksrasterisierung ist das "Ray-Tracing'; (Stahl-Rückverfolgung), welches weithin bekannt ist für seine höhere Flexibilität, seinen im Großen und Ganzen höheren erreichbaren Realismus, und seine bessere Skalierbarkeit sowohl in Szenengröße als auch in Rechner-Kapazitäten. Allerdings ist Ray-Tracing ebenso bekannt für seinen hohen Rechenbedarf, und wird daher heutzutage fast ausschließlich für die hochqualitative, nichtinteraktive Bildsynthese benutzt. Diese Dissertation behandelt die Gründe warum Ray-Tracing in näherer Zukunft voraussichtlich eine größere Rolle für interaktive Graphikanwendungen spielen wird, und untersucht, wie dieses Szenario des Echtzeit Ray-Tracing erreicht werden kann. Hierfür stellen wir das RTRT/OpenRT Echtzeit Ray-Tracing System vor, ein software-basiertes Ray-Tracing System, welches es erlaubt, interaktive Performanz auf heutigen Standard-PC-Prozessoren zu erreichen. Speziell diskutieren wir das grundlegende System-Design, die effiziente Implementierung der Kern-Algorithmen, Techniken zur Unterstützung von dynamischen Szenen, ein effizientes Parallelisierungs-Framework, und eine OpenGL-ähnliche Anwendungsschnittstelle. In ihrer Gesamtheit formen diese Techniken ein komplettes Echtzeit-Rendering-System, welches es erlaubt, extrem komplexe Szenen, hochgradig realistische und physikalisch korrekte Effekte, und sogar physikalisch-basierte Beleuchtungssimulation interaktiv zu berechnen. Im letzten Teil der Dissertation behandeln wir dann die Implikationen und das Potential, welches Echtzeit Ray-Tracing für die Globale Beleuchtungssimulation bietet, und wie die Verfügbarkeit dieser neuen Technologie benutzt werden kann, um letztendlich auch Globale Belechtung — die physikalisch korrekte Simulation des Lichttransports — interaktiv zu berechnen.
Link zu diesem Datensatz: urn:nbn:de:bsz:291-scidok-3194
hdl:20.500.11880/25841
http://dx.doi.org/10.22028/D291-25785
Erstgutachter: Plilipp Slusallek
Tag der mündlichen Prüfung: 1-Jan-2004
SciDok-Publikation: 13-Jul-2004
Fakultät: Fakultät 6 - Naturwissenschaftlich-Technische Fakultät I
Fachrichtung: MI - Informatik
Fakultät / Institution:MI - Fakultät für Mathematik und Informatik

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