Lighting and Compositing for QA-ARM-A

This thesis focuses on lighting, rendering, and compositing for the short film, QA-ARM-A. The goal of this project was to create a photorealistic short film centered on an interesting story. During this project, aesthetic direction, rendering requirements, and technical challenges arose. Issues of primary importance included: the proper render system to employ, the division of render layers, the selection of render passes, the combination of those layers and passes in compositing, and techniques for lighting each scene. As a result, many of the collaborative techniques and methods can be directly employed in future productions

Μελέτη τεχνικών υφής (texture mapping)

Η χρήση τεχνικών υφής αποτελεί ένα από τα κατεξοχήν χαρακτηριστικά των 3D γραφικών εφαρμογών και κυρίως της βιομηχανίας λογισμικού παιχνιδιών. Η έρευνα και η ανάπτυξη τεχνικών που προσπαθούν να εκμεταλλευτούν τις δυνατότητες που δίνουν οι νέες κάρτες γραφικών, είναι διαρκής και αυξανόμενη. Ξεκινώντας από το Bump Mapping και το Emboss Bump Mapping, η βιομηχανία των παιχνιδιών πέρασε στο Normal Mapping που αποτελεί την πιο διαδεδομένη τεχνική υφής στις μέρες μας. Ο κύριος λόγος για αυτήν την διαδεδομένη χρήση, αποτελούν τα αρκετά ρεαλιστικά αποτελέσματα, σε συνδυασμό με την ελάχιστη υπολογιστική επιβάρυνση. Ωστόσο δεν είναι μικρός ο αριθμός των εταιριών που φρόντισαν να εκμεταλλευτούν τις νέες διαστάσεις ρεαλισμού που προκύπτουν από περισσότερο εξελιγμένες και σύγχρονες τεχνικές, όπως το Parallax Mapping. To Parallax Mapping έχει αποδειχθεί στην πράξη ότι μπορεί να βελτιώσει σε μεγάλο βαθμό τον ρεαλισμό της απεικόνισης, επιβαρύνοντας σε αποδεκτά πλαίσια το υπολογιστικό σύστημα. Δεν πρέπει να ξεχνάμε ότι το υλικό του τομέα των γραφικών αναπτύσσεται με ραγδαίους ρυθμούς και έγκειται στους προγραμματιστές να εκμεταλλευτούν στο έπακρο τις νέες δυνατότητες που τους προσφέρονται. Σε αντίθεση με το Parallax Mapping, η μέθοδος του Relief Mapping δεν μπορεί να εφαρμοστεί ακόμη, καθώς το frame rate των εφαρμογών μειώνεται αισθητά, εξαιτίας των πρόσθετων υπολογισμών με συνέπεια το αποτέλεσμα να μην είναι ικανοποιητικό όταν πρόκειται για real time εφαρμογές. Η λύση στο πρόβλημα αυτό αναμένεται να δοθεί στο εγγύς μέλλον από μια παραλλαγή του Relief Mapping που ονομάζεται Steep Parallax Mapping και η οποία υπόσχεται ίδιο επίπεδο ρεαλισμού, αλλά και ικανοποιητικό frame rate ώστε να είναι δυνατή η εφαρμογή αυτής στα 3D παιχνίδια. Σε αντίθεση με τις παραπάνω τεχνικές που δεν μεταβάλλουν την γεωμετρία των αντικειμένων, το Vertex Displacement Mapping δεν επικράτησε στις εφαρμογές πραγματικού χρόνου εξαιτίας των αυξημένων απαιτήσεών του. Ωστόσο χρησιμοποιείται για την προσθήκη λεπτομέρειας σε αντικείμενα καθώς και για την δημιουργία μοντέλων. Όλες οι παραπάνω τεχνικές, σε διαφορετικό βαθμό η καθεμία και χρησιμοποιώντας διαφορετικές προσεγγίσεις, επιτυγχάνουν την απεικόνιση υφής σε αντικείμενα. Κάποιες από αυτές τις τεχνικές μεταβάλλουν την γεωμετρία των αντικειμένων, κάποιες χρησιμοποιούν μεγάλη υπολογιστική ισχύ, ενώ κάποιες επιτυγχάνουν τον στόχο τους με αρκετό ρεαλισμό χωρίς να έχουν πολύ μεγάλες απαιτήσεις. Με την διαρκή ανάπτυξη του υλικού των γραφικών και την συνεχή εμφάνιση νέων τεχνικών, αυτό που απομένει είναι να δούμε ποιες από αυτές τις νέες τεχνικές θα μπορέσουν να καθιερωθούν εκμεταλλευόμενες στο έπακρο τις δυνατότητες που προσφέρονται από το υλικό των γραφικών, διατηρώντας παράλληλα το frame rate των εφαρμογών σε ικανοποιητικά επίπεδα

Hardware accelerated volume texturing.

The emergence of volume graphics, a sub field in computer graphics, has been evident for the last 15 years. Growing from scientific visualization problems, volume graphics has established itself as an important field in general computer graphics. However, the general graphics fraternity still favour the established surface graphics techniques. This is due to well founded and established techniques and a complete pipeline through software onto display hardware. This enables real-time applications to be constructed with ease and used by a wide range of end users due to the readily available graphics hardware adopted by many computer manufacturers. Volume graphics has traditionally been restricted to high-end systems due to the complexity involved with rendering volume datasets. Either specialised graphics hardware or powerful computers were required to generate images, many of these not in real-time. Although there have been specialised hardware solutions to the volume rendering problem, the adoption of the volume dataset as a primitive relies on end-users with commodity hardware being able to display images at interactive rates. The recent emergence of programmable consumer level graphics hardware is now allowing these platforms to compute volume rendering at interactive rates. Most of the work in this field is directed towards scientific visualisation. The work in this thesis addresses the issues in providing real-time volume graphics techniques to the general graphics community using commodity graphics hardware. Real-time texturing of volumetric data is explored as an important set of techniques in delivering volume datasets as a general graphics primitive. The main contributions of this work are; The introduction of efficient acceleration techniques; Interactive display of amorphous phenomena modelled outside an object defined in a volume dataset; Interactive procedural texture synthesis for volume data; 2D texturing techniques and extensions for volume data in real-time; A flexible surface detail mapping algorithm that removes many previous restrictions Parts of this work have been presented at the 4th International Workshop on Volume Graphics and also published in Volume Graphics 2005