Realtime Ray Tracing and Interactive Global Illumination - Scientific ...

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Kurzfassung
Eines der wichtigsten Ziele der Computer-Graphik ist die Generierung von
“Realismus in Echtzeit” – die Erzeugung von realistisch wirkenden, computer-generierten
Bildern in Echtzeit. Heutige Echtzeit-Graphikanwendungen
werden derzeit zum überwiegenden Teil mit schneller Graphik-Hardware realisiert,
welche zum aktuellen Stand der Technik fast ausschliesslich auf dem
Dreiecksrasterisierungsalgorithmus basiert. Obwohl diese Rasterisierungstechnologie
in den letzten Jahren zunehmend beeindruckende Fortschritte
gemacht hat, stößt sie heutzutage zusehends an ihre Grenzen, speziell im
Hinblick auf Modellkomplexität, unterstützte Beleuchtungseffekte, und erreichbaren
Realismus.
Eine Alternative zur Dreiecksrasterisierung ist das “Ray-Tracing” (Stahl-
Rückverfolgung), welches weithin bekannt ist für seine höhere Flexibilität,
seinen im Großen und Ganzen höheren erreichbaren Realismus, und seine
bessere Skalierbarkeit sowohl in Szenengröße als auch in Rechner-Kapazitäten.
Allerdings ist Ray-Tracing ebenso bekannt für seinen hohen Rechenbedarf,
und wird daher heutzutage fast ausschließlich für die hochqualitative, nichtinteraktive
Bildsynthese benutzt.
Diese Dissertation behandelt die Gründe warum Ray-Tracing in näherer
Zukunft voraussichtlich eine größere Rolle für interaktive Graphikanwendungen
spielen wird, und untersucht, wie dieses Szenario des Echtzeit Ray-
Tracing erreicht werden kann. Hierfür stellen wir das RTRT/OpenRT Echtzeit
Ray-Tracing System vor, ein software-basiertes Ray-Tracing System, welches
es erlaubt, interaktive Performanz auf heutigen Standard-PC-Prozessoren zu
erreichen. Speziell diskutieren wir das grundlegende System-Design, die effiziente
Implementierung der Kern-Algorithmen, Techniken zur Unterstützung
von dynamischen Szenen, ein effizientes Parallelisierungs-Framework, und
eine OpenGL-ähnliche Anwendungsschnittstelle. In ihrer Gesamtheit formen
diese Techniken ein koplettes Echtzeit-Rendering-System, welches es erlaubt,
extrem komplexe Szenen, hochgradig realistische und physikalisch korrekte
Effekte, und sogar physikalisch-basierte Beleuchtungssimulation interaktiv zu
berechnen.
Im letzten Teil der Dissertation behandeln wir dann die Implikationen und
das Potential, welches Echtzeit Ray-Tracing für die Globale Beleuchtungssimulation
bietet, und wie die Verfügbarkeit dieser neuen Technologie benutzt
werden kann, um letztendlich auch Globale Belechtung – die physikalisch
korrekte Simulation des Lichttransports – interaktiv zu berechnen.