Efficient Many-Light Rendering of Scenes with Participating Media

We present several approaches based on virtual lights that aim at capturing the light transport without compromising quality, and while preserving the elegance and efficiency of many-light rendering. By reformulating the integration scheme, we obtain two numerically efficient techniques; one tailored specifically for interactive, high-quality lighting on surfaces, and one for handling scenes with participating media

The Iray Light Transport Simulation and Rendering System

While ray tracing has become increasingly common and path tracing is well understood by now, a major challenge lies in crafting an easy-to-use and efficient system implementing these technologies. Following a purely physically-based paradigm while still allowing for artistic workflows, the Iray light transport simulation and rendering system allows for rendering complex scenes by the push of a button and thus makes accurate light transport simulation widely available. In this document we discuss the challenges and implementation choices that follow from our primary design decisions, demonstrating that such a rendering system can be made a practical, scalable, and efficient real-world application that has been adopted by various companies across many fields and is in use by many industry professionals today

Efficient From-Point Visibility for Global Illumination in Virtual Scenes with Participating Media

Sichtbarkeitsbestimmung ist einer der fundamentalen Bausteine fotorealistischer Bildsynthese. Da die Berechnung der Sichtbarkeit allerdings äußerst kostspielig zu berechnen ist, wird nahezu die gesamte Berechnungszeit darauf verwendet. In dieser Arbeit stellen wir neue Methoden zur Speicherung, Berechnung und Approximation von Sichtbarkeit in Szenen mit streuenden Medien vor, die die Berechnung erheblich beschleunigen, dabei trotzdem qualitativ hochwertige und artefaktfreie Ergebnisse liefern

Master of Science

thesisVirtual point lights (VPLs) provide an effective solution to global illumination computation by converting the indirect illumination into direct illumination from many virtual light sources. This approach results in a less noisy image compare to Monte Carlo methods. In addition, the number of VPLs to generate can be specified in advance; therefore, it can be adjusted depending on the scene, desired quality, time budget, and the available computational power. In this thesis, we investigate a new technique that carefully places VPLs for providing improved rendering quality for computing global illumination using VPLs. Our method consists of three different passes. In the first pass, we randomly generate a large number of VPLs in the scene starting from the camera to place them in positions that can contribute to the final rendered image. Then, we remove a considerable number of these VPLs using a Poisson disk sample elimination method to get a subset of VPLs that are uniformly distributed over the part of the scene that is indirectly visible to the camera. The second pass is to estimate the radiant intensity of these VPLs by performing light tracing starting from the original light sources in the scene and scatter the radiance of light rays at a hit-point to the VPLs close to that point. The final pass is rendering the scene, which consists of shading all points in the scene visible to the camera using the original light sources and VPLs

Artistic Path Space Editing of Physically Based Light Transport

Die Erzeugung realistischer Bilder ist ein wichtiges Ziel der Computergrafik, mit Anwendungen u.a. in der Spielfilmindustrie, Architektur und Medizin. Die physikalisch basierte Bildsynthese, welche in letzter Zeit anwendungsübergreifend weiten Anklang findet, bedient sich der numerischen Simulation des Lichttransports entlang durch die geometrische Optik vorgegebener Ausbreitungspfade; ein Modell, welches für übliche Szenen ausreicht, Photorealismus zu erzielen. Insgesamt gesehen ist heute das computergestützte Verfassen von Bildern und Animationen mit wohlgestalteter und theoretisch fundierter Schattierung stark vereinfacht. Allerdings ist bei der praktischen Umsetzung auch die Rücksichtnahme auf Details wie die Struktur des Ausgabegeräts wichtig und z.B. das Teilproblem der effizienten physikalisch basierten Bildsynthese in partizipierenden Medien ist noch weit davon entfernt, als gelöst zu gelten. Weiterhin ist die Bildsynthese als Teil eines weiteren Kontextes zu sehen: der effektiven Kommunikation von Ideen und Informationen. Seien es nun Form und Funktion eines Gebäudes, die medizinische Visualisierung einer Computertomografie oder aber die Stimmung einer Filmsequenz -- Botschaften in Form digitaler Bilder sind heutzutage omnipräsent. Leider hat die Verbreitung der -- auf Simulation ausgelegten -- Methodik der physikalisch basierten Bildsynthese generell zu einem Verlust intuitiver, feingestalteter und lokaler künstlerischer Kontrolle des finalen Bildinhalts geführt, welche in vorherigen, weniger strikten Paradigmen vorhanden war. Die Beiträge dieser Dissertation decken unterschiedliche Aspekte der Bildsynthese ab. Dies sind zunächst einmal die grundlegende Subpixel-Bildsynthese sowie effiziente Bildsyntheseverfahren für partizipierende Medien. Im Mittelpunkt der Arbeit stehen jedoch Ansätze zum effektiven visuellen Verständnis der Lichtausbreitung, die eine lokale künstlerische Einflussnahme ermöglichen und gleichzeitig auf globaler Ebene konsistente und glaubwürdige Ergebnisse erzielen. Hierbei ist die Kernidee, Visualisierung und Bearbeitung des Lichts direkt im alle möglichen Lichtpfade einschließenden "Pfadraum" durchzuführen. Dies steht im Gegensatz zu Verfahren nach Stand der Forschung, die entweder im Bildraum arbeiten oder auf bestimmte, isolierte Beleuchtungseffekte wie perfekte Spiegelungen, Schatten oder Kaustiken zugeschnitten sind. Die Erprobung der vorgestellten Verfahren hat gezeigt, dass mit ihnen real existierende Probleme der Bilderzeugung für Filmproduktionen gelöst werden können

Real Time Rendering of Atmospheric Scattering and Volumetric Shadows

International audienceReal time rendering of atmospheric light scattering is one of the most difficult lighting effect to achieve in computer graphics. This paper presents a new real time method which renders these effects including volumetric shadows, which provides a great performance improvement over previous methods. Using an analytical expression of the light transport equation we are able to render directly the contribution of the participating medium on any surface. The rendering of shadow planes, sorted with a spatial coherence technique, and in the same philosophy than the shadow volume algorithm will add the volumetric shadows. Realistic images can be produced in real time for usual graphic scenes and at a high level framerate for complex scenes, allowing animation of lights, objects or even participating media. The method proposed in this paper use neither precomputation depending on light positions, nor texture memory

Real-Time Volumetric Shadows using 1D Min-Max Mipmaps

Light scattering in a participating medium is responsible for several important effects we see in the natural world. In the presence of occluders, computing single scattering requires integrating the illumination scattered towards the eye along the camera ray, modulated by the visibility towards the light at each point. Unfortunately, incorporating volumetric shadows into this integral, while maintaining real-time performance, remains challenging. In this paper we present a new real-time algorithm for computing volumetric shadows in single-scattering media on the GPU. This computation requires evaluating the scattering integral over the intersections of camera rays with the shadow map, expressed as a 2D height field. We observe that by applying epipolar rectification to the shadow map, each camera ray only travels through a single row of the shadow map (an epipolar slice), which allows us to find the visible segments by considering only 1D height fields. At the core of our algorithm is the use of an acceleration structure (a 1D minmax mipmap) which allows us to quickly find the lit segments for all pixels in an epipolar slice in parallel. The simplicity of this data structure and its traversal allows for efficient implementation using only pixel shaders on the GPU