Polunseuranta on tietokonegrafiikan piirtotekniikka, jota on käytetty pääasiassa ei-reaaliaikaisen realistisen piirron tekemiseen. Polunseuranta tukee luonnostaan monia muilla tekniikoilla vaikeasti saavutettavia todellisen valon ilmiöitä kuten heijastuksia ja taittumista. Reaaliaikainen polunseuranta on hankalaa polunseurannan suuren laskentavaatimuksen takia. Siksi nykyiset reaaliaikaiset polunseurantasysteemi tuottavat erittäin kohinaisia kuvia, jotka tyypillisesti suodatetaan jälkikäsittelykohinanpoisto-suodattimilla.
Erittäin immersiivisiä käyttäjäkokemuksia voitaisiin luoda polunseurannalla, joka täyttäisi laajennetun todellisuuden vaatimukset suuresta resoluutiosta riittävän matalassa vasteajassa. Yksi mahdollinen ratkaisu näiden vaatimusten täyttämiseen voisi olla katsekeskeinen polunseuranta, jossa piirron resoluutiota vähennetään katseen reunoilla. Tämän johdosta piirron laatu on katseen reunoilla sekä harvaa että kohinaista, mikä asettaa suuren roolin lopullisen kuvan koostavalle suodattimelle.
Tässä työssä esitellään ensimmäinen reaaliajassa toimiva regressionsuodatin. Suodatin on suunniteltu kohinaisille kuville, joissa on yksi polunseurantanäyte pikseliä kohden. Nopea suoritus saavutetaan tiileissä käsittelemällä ja nopealla sovituksen toteutuksella. Lisäksi työssä esitellään Visual-Polar koordinaattiavaruus, joka jakaa polunseurantanäytteet siten, että niiden jakauma seuraa silmän herkkyysmallia. Visual-Polar-avaruuden etu muihin tekniikoiden nähden on että se vähentää työmäärää sekä polunseurannassa että suotimessa. Nämä tekniikat esittelevät toimivan prototyypin katsekeskeisestä polunseurannasta, ja saattavat toimia tienraivaajina laajamittaiselle realistisen reaaliaikaisen polunseurannan käyttöönotolle.Photo-realistic offline rendering is currently done with path tracing, because it naturally produces many real-life light effects such as reflections, refractions and caustics. These effects are hard to achieve with other rendering techniques. However, path tracing in real time is complicated due to its high computational demand. Therefore, current real-time path tracing systems can only generate very noisy estimate of the final frame, which is then denoised with a post-processing reconstruction filter.
A path tracing-based rendering system capable of filling the high resolution in the low latency requirements of mixed reality devices would generate a very immersive user experience. One possible solution for fulfilling these requirements could be foveated path tracing, wherein the rendering resolution is reduced in the periphery of the human visual system. The key challenge is that the foveated path tracing in the periphery is both sparse and noisy, placing high demands on the reconstruction filter.
This thesis proposes the first regression-based reconstruction filter for path tracing that runs in real time. The filter is designed for highly noisy one sample per pixel inputs. The fast execution is accomplished with blockwise processing and fast implementation of the regression. In addition, a novel Visual-Polar coordinate space which distributes the samples according to the contrast sensitivity model of the human visual system is proposed. The specialty of Visual-Polar space is that it reduces both path tracing and reconstruction work because both of them can be done with smaller resolution. These techniques enable a working prototype of a foveated path tracing system and may work as a stepping stone towards wider commercial adoption of photo-realistic real-time path tracing
