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Entwicklung eines GPGPU-basierten Ray Tracers

Development of a GPGPU-based Ray Tracer

  • Das Rendering-Verfahren des Ray-Tracings ermöglicht die realitätsnahe Umsetzung der Bildgenerierung einer modellierten Szene und ist aufgrund seiner Arbeitsweise in der Lage, optische Phänomene und komplexe Beleuchtungsszenarien darzustellen. Allerdings bedarf es bei der Bilderzeugung einer enormen Anzahl an Berechnungen pro Pixel, wodurch Realisierungen eines Ray-Tracers in der Praxis Ergebnisse erzielen, die weit unter der in der Computergraphik angestrebten Echzeitdarstellung von 60 Bildern pro Sekunde entfernt liegen. Aktuelle Modelle der Graphics Processing Unit (GPU) ermöglichen die hochgradige Parallelisierung der Ausführung von allgemeinen Berechnungen. Mit Hilfe der Graphik-API OpenGL wird diese Parallelisierung nutzbar gemacht und ein vollständig auf der GPU ausgeführter Ray-Tracer entworfen und realisiert. Der entwickelte Ansatz wird durch die Integration eines Uniform Grids - einer beschleunigenden Datenstruktur des Ray-Tracings - erweitert, woraus eine Steigerung der Performanz zu erwarten ist. Ziel dieser Arbeit ist die Implementierung eines auf der GPU ausgeführten Ray-Tracers und die Erweiterung des Ansatzes durch die Verwendung eines Uniform Grids. Die Ermittlung der erzielbaren Leistung wird im Anschluss durchgeführt. Bei der Entwicklung und Implementierung werden mögliche Probleme bei der Umsetzung bezüglich der GPU-Programmierung aufgezeigt und analysiert.
  • Ray Tracing enables a close to reality rendering implementation of a modelled scene. Because of its functioning, it is able to display optical phenomena and complex lighting. Though, numerous computations per pixel have to be done. In practice implementations can not achieve computer graphics" aim of real-time rendering close to 60 frames per second. Current Graphics Processing Units (GPU) allows high execution parallelism of general-purpose computations. By using the graphics-API OpenGL this parallelism can be achieved and it is possible to design and realize a Ray-Tracer, which operates entirely on the GPU. The developed approach will be extended by an Uniform Grid - a Ray-Tracing acceleration structure. Hence, a speed-up is expected. This thesis` purpose is the implementation of Ray-Tracer, which operates completely on the GPU, and its expansion by integrating an Uniform Grid. Afterwards, the evaluation of maximum achievable performance takes place. Possible problems regarding GPU-programming will be identified and analysed.

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Metadaten
Author:Daniel Müller
URN:urn:nbn:de:kola-9165
Referee:Stefan Müller, Kevin Keul
Document Type:Bachelor Thesis
Language:German
Date of completion:2015/05/21
Date of publication:2015/05/21
Publishing institution:Universität Koblenz-Landau, Universitätsbibliothek
Granting institution:Universität Koblenz-Landau, Campus Koblenz, Fachbereich 4
Release Date:2015/05/21
Tag:Compute Shader; GPGPU; OpenGL; Ray Tracer; general purpose
Compute Shader; GPGPU; OpenGL; Ray Tracer; general purpose
Number of pages:v, 54
Institutes:Fachbereich 4 / Institut für Computervisualistik
Dewey Decimal Classification:0 Informatik, Informationswissenschaft, allgemeine Werke / 00 Informatik, Wissen, Systeme / 004 Datenverarbeitung; Informatik
Licence (German):License LogoEs gilt das deutsche Urheberrecht: § 53 UrhG