Towards a High Quality Real-Time Graphics Pipeline
Författare
Summary, in Swedish
Popular Abstract in Swedish
Datorgrafik handlar om att övertyga betraktaren. En huvuduppgift är
att generera verklighetstrogna bilder utifrån tredimensionella modeller.
Med hjälp av datorer simuleras hur dessa modeller interagerar med ljus.
Betraktaren skall helst inte reflektera över om bilden han ser
är ett fotografi eller en helt och hållet genererad bild. I denna avhandling
presenteras algoritmer som effektiviserar processen att skapa högkvalitativa
bilder utifrån virtuella modeller. Vi förbättrar en rad avancerade tekniker
för utritning av grafik med hög detaljrikedom och naturtrogen belysning.
I interaktiva visuella applikationer kan betraktaren interagera med den virtuella
scenen, och nya bilder måste skapas mer än 30 gånger per sekund. Ett par exempel
på denna typ av applikationer är flygsimulatorer, medicinska visualiseringar och
datorspel. Moderna datorer har dedicerade grafikprocessorer för att generera dessa bilder.
Vår forskning utgår från dessa grafikprocessorer, och presenterar modifieringar som gör
att de kan skapa mer avancerade bilder i realtid.
Vi visar först att bilder med stort dynamiskt omfång kan komprimeras effektivt.
Dessa bilder används flitigt i filmindustrin för att fånga in och spara omgivningsljus från
en viss miljö. Ljuset i dessa bilder används sedan för att återskapa naturtroget
ljus i virtuella scener. I grafikprocessorer för interaktiva applikationer är minnesbandbredden
ofta en begränsande faktor. Med vår komprimerade bildrepresentation blir dessa bilder
tillgängliga också för interaktiva applikationer.
Verklighetstrogen grafik byggs upp av scener med detaljerade modeller.
I avhandlingens andra del presenterar vi tekniker för
att undvika att behandla de delar av scenen som inte bidrar till
den slutgiltiga bilden. Detta reducerar den totala mängden arbete som
behöver utföras, och gör att en given bild kan genereras
på kortare tid. Med samma teknik kan vi även reducera den totala
energiförbrukningen som krävs för att generera en bild.
I den sista delen av avhandlingen blickar vi framåt och diskuterar tekniker
för verklighetstrogna kameraeffekter. Om man med lång slutartid fotograferar
ett rörligt objekt kan bilden av det rörliga objektet bli utsmetad.
Detta kallas rörelseoskärpa (eng. motion blur) och simulationer av detta
fenomen används flitigt i specialeffekter i filmer för att skapa naturtrogna animationer.
Tyvärr finns det inget direkt stöd för rörelseoskärpa i nuvarande grafikprocessorer, då
dessa effekter anses för kostsamma för att appliceras i interaktiva applikationer.
Vi presenterar en modifierad grafikprocessor som möjliggör simulering av dessa effekter.
Idag används visualiseringar av tredimensionella modeller flitigt inom flera områden.
Biologer använder dem för att förstå uppbyggnaden av molekyler. Arkitekter skapar
verklighetstrogna ritningar av hus. Bilindustrin använder virtuella modeller där material och
färger kan ändras interaktivt. Den mest framträdande användningen av datorgrafik är
i upplevelseindustrin, innefattande datorspel, och visuella effekter för film och reklam.
Våra resultat effektiviserar utritningen av dessa visualiseringar och är applicerbara både för
interaktiv grafik och högkvalitativ grafik i filmindustrin.
Datorgrafik handlar om att övertyga betraktaren. En huvuduppgift är
att generera verklighetstrogna bilder utifrån tredimensionella modeller.
Med hjälp av datorer simuleras hur dessa modeller interagerar med ljus.
Betraktaren skall helst inte reflektera över om bilden han ser
är ett fotografi eller en helt och hållet genererad bild. I denna avhandling
presenteras algoritmer som effektiviserar processen att skapa högkvalitativa
bilder utifrån virtuella modeller. Vi förbättrar en rad avancerade tekniker
för utritning av grafik med hög detaljrikedom och naturtrogen belysning.
I interaktiva visuella applikationer kan betraktaren interagera med den virtuella
scenen, och nya bilder måste skapas mer än 30 gånger per sekund. Ett par exempel
på denna typ av applikationer är flygsimulatorer, medicinska visualiseringar och
datorspel. Moderna datorer har dedicerade grafikprocessorer för att generera dessa bilder.
Vår forskning utgår från dessa grafikprocessorer, och presenterar modifieringar som gör
att de kan skapa mer avancerade bilder i realtid.
Vi visar först att bilder med stort dynamiskt omfång kan komprimeras effektivt.
Dessa bilder används flitigt i filmindustrin för att fånga in och spara omgivningsljus från
en viss miljö. Ljuset i dessa bilder används sedan för att återskapa naturtroget
ljus i virtuella scener. I grafikprocessorer för interaktiva applikationer är minnesbandbredden
ofta en begränsande faktor. Med vår komprimerade bildrepresentation blir dessa bilder
tillgängliga också för interaktiva applikationer.
Verklighetstrogen grafik byggs upp av scener med detaljerade modeller.
I avhandlingens andra del presenterar vi tekniker för
att undvika att behandla de delar av scenen som inte bidrar till
den slutgiltiga bilden. Detta reducerar den totala mängden arbete som
behöver utföras, och gör att en given bild kan genereras
på kortare tid. Med samma teknik kan vi även reducera den totala
energiförbrukningen som krävs för att generera en bild.
I den sista delen av avhandlingen blickar vi framåt och diskuterar tekniker
för verklighetstrogna kameraeffekter. Om man med lång slutartid fotograferar
ett rörligt objekt kan bilden av det rörliga objektet bli utsmetad.
Detta kallas rörelseoskärpa (eng. motion blur) och simulationer av detta
fenomen används flitigt i specialeffekter i filmer för att skapa naturtrogna animationer.
Tyvärr finns det inget direkt stöd för rörelseoskärpa i nuvarande grafikprocessorer, då
dessa effekter anses för kostsamma för att appliceras i interaktiva applikationer.
Vi presenterar en modifierad grafikprocessor som möjliggör simulering av dessa effekter.
Idag används visualiseringar av tredimensionella modeller flitigt inom flera områden.
Biologer använder dem för att förstå uppbyggnaden av molekyler. Arkitekter skapar
verklighetstrogna ritningar av hus. Bilindustrin använder virtuella modeller där material och
färger kan ändras interaktivt. Den mest framträdande användningen av datorgrafik är
i upplevelseindustrin, innefattande datorspel, och visuella effekter för film och reklam.
Våra resultat effektiviserar utritningen av dessa visualiseringar och är applicerbara både för
interaktiv grafik och högkvalitativ grafik i filmindustrin.
Avdelning/ar
Publiceringsår
2011
Språk
Engelska
Fulltext
- Available as PDF - 73 MB
- Download statistics
Dokumenttyp
Doktorsavhandling
Ämne
- Computer Science
Nyckelord
- Graphics Hardware
- Computer Graphics
- Rasterization
- Texture Compression
- Culling
Status
Published
Forskningsgrupp
- Computer Graphics
Handledare
ISBN/ISSN/Övrigt
- ISBN: 978-91-976939-3-6
Försvarsdatum
1 april 2011
Försvarstid
10:00
Försvarsplats
Lecture hall E:1406, Department of Computer Science, Ole Römers Väg 3, Faculty of Engineering, Lund University
Opponent
- Marc Stamminger (Professor)