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Global Illumination mittels GPU Path Tracing und der Line Space Datenstruktur

Global Illumination using GPU Path Tracing and the Line Space datastructure

  • Diese Arbeit zeigt eine neue Technik der Computergrafik zur Simulation von globaler Beleuchtung durch Path Tracing in Echtzeit. Das Path Tracing wird dafür mit Compute Shadern auf der Grafikkarte (GPU) realisiert, um das Rendering hoch parallelisiert auszuführen. Zur Beschleunigung der Strahlverfolgung wird dabei der Line Space in verschiedenen Varianten als Datenstruktur verwendet, um leere Bereiche in der Szene schneller zu überspringen. Der Line Space speichert Szeneninformationen basierend auf einer Voxelisierung in richtungsabhängige Shafts und wird sowohl auf der GPU generiert, als auch traversiert. Mit diesem Verfahren kann eine Szene physikalisch korrekt indirekt beleuchtet und mit weichen Schatten schattiert werden. Außerdem kann das Path Tracing damit weitgehend unabhängig von der Polygonanzahl mit über 100 Bildern pro Sekunde klar in Echtzeit durchgeführt werden und ist somit deutlich schneller als mit einem vergleichbaren Voxel-Gitter. Die Bildqualität wird davon nicht negativ beeinflusst und die Schattenqualität ist in den meisten Fällen deutlich besser als bei der Verwendung von Shadow-Mapping.
  • This thesis presents a novel technique in computer graphics to simulate realtime global illumination using path tracing. Path tracing is done with compute shaders on the graphics card (GPU) to perform rendering in a highly parallelized manner. To improve the overall performance of tracing rays, the Line Space is used as an acceleration data structure in different variations, resulting in better empty space skipping. The Line Space saves scene information based on a previous voxelization in direction-dependent shafts and is generated and traversed on the GPU. With this procedure, indirect lighting and soft shadows can be computed in a physically correct way. Furthermore, using the Line Space, path tracing can be performed mostly independent of the complexity of the scene geometry with over 100 frames per second, which is truly real-time and much faster than using a comparable voxel grid. The image quality is not affected negatively by this technique and the shadow quality is in most cases much better compared to shadow-mapping.

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Metadaten
Author:Felix-León Schröder
URN:urn:nbn:de:kola-14387
Referee:Stefan Müller, Kevin Keul
Advisor:Stefan Müller
Document Type:Bachelor Thesis
Language:German
Date of completion:2017/03/23
Date of publication:2017/03/24
Publishing institution:Universität Koblenz-Landau, Universitätsbibliothek
Granting institution:Universität Koblenz-Landau, Campus Koblenz, Fachbereich 4
Date of final exam:2017/03/23
Release Date:2017/03/24
Tag:Computergrafik; Computervisualistik
Global Illumination; Line Space; Path Tracing
GND Keyword:Computergrafik; Computervisualistik
Number of pages:iii, 46 Seiten
Institutes:Fachbereich 4 / Institut für Computervisualistik
Dewey Decimal Classification:0 Informatik, Informationswissenschaft, allgemeine Werke / 00 Informatik, Wissen, Systeme / 005 Computerprogrammierung, Programme, Daten
BKL-Classification:54 Informatik / 54.73 Computergraphik
Licence (German):License LogoEs gilt das deutsche Urheberrecht: § 53 UrhG