Методи трасування променів у реальному часі
DSpace at NTB NTUU KPI
Переглянути архів Інформація| Поле | Співвідношення | |
| Title |
Методи трасування променів у реальному часі
|
|
| Creator |
Грушко, Юрій Володимирович
|
|
| Contributor |
Клятченко, Ярослав Михайлович
|
|
| Subject |
фізичний рендеринг (PBR)
трасування променів індекс передачі кольору емпіричні моделі освітлення модель Уайтеда трасування шляху physically based rendering (PBR) ray tracing color rendering index empirical lighting models Whited model path tracing физический рендеринг (PBR) трассировки лучей индекс цветопередачи эмпирические модели освещения модель Уайтеда трассировка пути |
|
| Description |
Актуальність теми. Актуальною задачею комп’ютерної графіки являється отримання реалістичних зображень, котрі активно користуються попитом в промисловості, ігровій індустрії та кіно. Фотореалістичне зображення характеризується такими ефектами, як м’які тіні, напівтіні, каустика, динамічне розмиття, глибина різкості, нечіткі відбиття, блиск, напівпрозорість. Серед існуючих підходів фотореалістичної візуалізації методи трасування променів являються найбільш точними, оскільки вони базуються на фізичній моделі поширення світла. Існує багатий спектр різноманітних методів трасування променів, отже з’являється необхідність у вибірці найбільш ефективних точних методів трасування променів, котрі будуть в середній мірі коректно працювати для широкого ряду статичних (в майбутньому і динамічних) сцен, що проходять візуалізацію. Об’єктом дослідження є процес фізично обґрунтованого рендерингу і процес трасування променів. Предметом дослідження є способи трасування променів та методи розрахунку індексу передачі кольору. Мета роботи: дослідження методів PBR (Physical Based Rendering), їх одночасного використання для отримання максимального ефекту реалізму; оцінка здатності джерела світла виявляти всі частоти його кольорового спектру у порівнянні з контрольним світлом. Наукова новизна, а точніше – інноваційне рішення полягає в тому, що розроблений рушій реалізує обчислення індексу передачі кольору (CRI - Color Rendering Index) з високим рівнем точності відносно очікуваних значень контрольних джерел світла. Практична цінність проведених досліджень полягає у розробці нового PBRE, який для рендерингу сцен використовує емпіричні моделі освітлення; реалізовані такі моделі BRDF, як Ламберта, Орена Найара, Торренса Спарроу, дзеркального відбиття, дзеркального пропускання і виміряного BRDF. Реалізована підтримка декількох технік трасування променів: трасування Уайтеда і трасування шляху. Розраховуються кольори з використанням спектральних даних і колірний простір CIE XYZ в сценах PBR для досягнення високої передачі кольору. TTFD також підтримує обчислення індексу передачі кольору (CRI – Color Rendering Index). Цей показник описує здатність джерела світла точно відображати всі частоти його колірного спектра в порівнянні з ідеальним еталонним світлом аналогічного типу. Структура та обсяг роботи. Магістерський дипломний проект складається зі вступу, чотирьох розділів та висновків. У вступі подано загальну характеристику роботи, зроблено оцінку сучасного стану проблеми, обґрунтовано актуальність напрямку досліджень, сформульовано мету і задачі досліджень, показано наукову новизну отриманих результатів і практичну цінність роботи. У першому розділі розглянуто принципи колориметрії та радіометрії. Вони складають основу деяких основних ключових особливостей TTFD. Зокрема, розрахунок кольору і методи освітлення / затінення, реалізовані в TTFD, використовують поняття, представлені даному розділі. У другому розділі розглянуто трасування променів: фотореалістичний рендеринг (візуалізація). Коротка класифікація алгоритмів трасування променів. Вирішення рівняння рендеринга. У третьому розділі наведено особливості реалізації розробленої системи. У четвертому розділі представлено підходи до тестування системи в цілому та окремих модулів. У висновках представлені результати проведеної роботи. Робота представлена на 116 аркушах, містить посилання на список використаних літературних джерел. Ключові слова: фізичний рендеринг (PBR), трасування променів, індекс передачі кольору, емпіричні моделі освітлення, модель Уайтеда, трасування шляху. Relevance of the topic. The actual task of computer graphics is to obtain realistic images that are actively in demand in industry, gaming and film industry. A photorealistic image is characterized by such effects as soft shadows, partial shade, caustic, dynamic blur, depth of field, fuzzy reflection, shine, translucency. Among the existing approaches of photorealistic visualization, ray tracing methods are the most accurate because they are based on a physical model of light propagation. There is a wide range of different ray-tracing methods, and therefore there is a need to select the most efficient, accurate ray-tracing methods that will, in average, work correctly for a wide range of static (future dynamic) scenes, and are being visualized. The object of the research is the process of physically sound rendering and the ray tracing process. The subject of research is the methods of ray tracing and methods for calculating the color rendering index. Objective: to study the methods of PBR (Physical Based Rendering), their simultaneous use to obtain the maximum effect of realism; assessment of the ability of a light source to detect all the frequencies of its color spectrum compared to the control light. The scientific novelty, or rather, an innovative solution, is that the engine developed implements the calculations of the color rendering index (CRI - Color Rendering Index) with a high degree of accuracy relative to the expected values of the control light sources. The practical value of the research is the development of a new PBRE, which employs empirical lighting models for rendering scenes; BRDF models such as Lambert, Oren Nayar, Torrens Sparrow, specular reflection, specular transmission and measured BRDF are implemented. Implemented support for several ray tracing techniques: Traced by Wyted and path tracing. Colors are calculated using spectral data and CIE XYZ color space in PBR scenes to achieve high color rendering. TTFD also supports Color Rendering Index (CRI) calculations. This indicator describes the ability of a light source to accurately reflect all the frequencies of its color spectrum compared to ideal reference light of a similar type. Structure and scope of work. Master thesis project consists of introduction, four chapters and conclusions. The introduction presents a general description of the work, assesses the current state of the problem, substantiates the relevance of the research area, formulates the goals and objectives of the research, shows the scientific novelty of the results and practical value of the work. The first section discusses the principles of colorimetry and radiometry. They form the basis of some key TTFD key features. In particular, color calculations and lighting / shading methods implemented in TTFD use the concept presented in this section. The second section deals with ray tracing: photorealistic rendering (visualization). Brief classification of ray tracing algorithms. Solution of the rendering equation. The third section presents the features of the implementation of the developed system. The fourth section presents approaches to testing the system as a whole and individual modules. The findings present the results of this work. The work is presented on 116 pages, contains links to the list of references used. Актуальность темы. Актуальной задачей компьютерной графики является получение реалистичных изображений, которые активно пользуются спросом в промышленности, игровой индустрии и кино. Фотореалистичное изображение характеризуется такими эффектами, как мягкие тени, полутени, каустика, динамическое размытие, глубина резкости, нечеткие отражение, блеск, полупрозрачность. Среди существующих подходов фотореалистичной визуализации методы трассировки лучей являются наиболее точными, поскольку они базируются на физической модели распространения света. Существует богатый спектр различных методов трассировки лучей, следовательно появляется необходимость в выборке наиболее эффективных точных методов трассировки лучей, которые будут в средней степени правильно работать для широкого ряда статических (в будущем и динамических) сцен, проходят визуализацию. Объектом исследования является процесс физически обоснованного рендеринга и процесс трассировки лучей. Предметом исследования являются способы трассировки лучей и методы расчета индекса цветопередачи. Цель работы: исследование методов PBR (Physical Based Rendering), их одновременного использования для получения максимального эффекта реализма; оценка способности источника света выявлять все частоты его цветового спектра по сравнению с контрольным светом. Научная новизна, а точнее - инновационное решение, заключается в том, что разработан двигатель реализует вычисления индекса цветопередачи (CRI - Color Rendering Index) с высокой степенью точности относительно ожидаемых значений контрольных источников света. Практическая ценность проведенных исследований состоит в разработке нового PBRE, который для рендеринга сцен использует эмпирические модели освещения; реализованы такие модели BRDF, как Ламберта, Орена Найара, Торренса Спарроу, зеркального отражения, зеркального пропускания и измеренного BRDF. Реализована поддержка нескольких техник трассировки лучей: трассировки Уайтеда и трассировки пути. Рассчитываются цвета с использованием спектральных данных и цветовое пространство CIE XYZ в сценах PBR для достижения высокой цветопередачи. TTFD также поддерживает вычисления индекса цветопередачи (CRI - Color Rendering Index). Этот показатель описывает способность источника света точно отражать все частоты его цветового спектра по сравнению с идеальным эталонным светом аналогичного типа. Структура и объем работы. Магистерский дипломный проект состоит из введения, четырех глав и выводов. Во введении представлена общая характеристика работы, произведена оценка современного состояния проблемы, обоснована актуальность направления исследований, сформулированы цели и задачи исследований, показано научную новизну полученных результатов и практическую ценность работы. В первом разделе рассмотрены принципы колориметрии и радиометрии. Они составляют основу некоторых основных ключевых особенностей TTFD. В частности, расчет цвета и методы освещения / затенения, реализованные в TTFD, используют понятие, представленные данном разделе. Во втором разделе рассмотрены трассировки лучей: фотореалистичный рендеринг (визуализация). Краткая классификация алгоритмов трассировки лучей. Решение уравнения рендеринга. В третьем разделе приведены особенности реализации разработанной системы. В четвертом разделе представлены подходы к тестированию системы в целом и отдельных модулей. В выводах представлены результаты проведенной работы. Работа представлена на 116 листах, содержит ссылки на список использованных литературных источников. |
|
| Date |
2019-03-13T13:12:01Z
2019-03-13T13:12:01Z 2018-12 |
|
| Type |
Master Thesis
|
|
| Identifier |
Грушко, Ю. В. Методи трасування променів у реальному часі : магістерська дис. : 123 Комп’ютерна інженерія. Спеціалізовані комп’ютерні системи / Грушко Юрій Володимирович. – Київ, 2018. – 125 с.
http://ela.kpi.ua/handle/123456789/26709 |
|
| Language |
uk
|
|
| Format |
125 с.
application/pdf |
|
| Publisher |
Київ
|
|