Semi dynamic light maps

Abstract

Gerçek zamanlı grafik uygulamaların başlıca zorluklarından biri gerçekçi ışıklandırmalara sahip sonuçlar elde ederken yüksek kare sayısı değerini koruyabilmektir. Dolaylı aydınlatma, ambient occlusion, yumuşak gölgeler, geçirgen yüzeylerde ışık kırılmaları gibi etkilerin günümüz donanımlarında gerçek zamanlı resmedilmesi çoğunlukla mümkün değildir. Mümkün olduğu durumlarda ise kare sayısında ciddi düşüşlere sebep olmaktadır. Işık haritalama yöntemi yüksek donanım gerektiren gerçekçi ışık hesaplamalarını ön aşamada gerçekleştirerek sahnenin gerçek zamanlı resmedilmesini hızlandırmaktadır. Bu yöntem, çok sayıda ışık kaynağı tarafından yayılan ışığın gerçekçi davranışlarının alt seviye donanımlarda dahi gerçek zamanlı işlenebilmesine olanak sağlamaktadır. Işık haritalama yönteminin en büyük eksiği, sahnenin önceden gerçekleştirilen ışık hesaplamaları sırasında kaydedilmiş olan vaziyetinin uygulamanın çalışması esnasında değiştirilmemesini şart koşmasıdır. Bu durum ışık kaynaklarının konum, renk ve ışık şiddetlerinin; nesnelerin ise konum ve görünürlük durumlarının değiştirilememesi anlamına gelmektedir. Işık haritalarının bu özelliği, bu tekniğin etkileşimli birçok uygulamada kullanılmasının önüne geçmektedir. Bu tezde, doku belleğinde, işlemci ve ekran kartı iş yükünde bir miktar artışa karşılık, bahsedilen kısıtların bir kısmını ortadan kaldıracak bir yöntem önerilmiştir. Kaldırılan kısıtlamalar, seçilen ışık kaynaklarında ışık renginin ve şiddetinin değiştirilebilmesinin yanı sıra seçilen nesnelerde nesne görünürlüğünün değiştirilebilmesini mümkün kılmaktadır. Önerilen yöntemde ışık haritaları her bir ışık kaynağı için ayrı olarak hesaplanmaktadır. Nesnelerin oluşturduğu gölgeler de ön hesaplamalar sırasında tespit edilerek haritalara eklenir. Bu haritalar uygulamanın çalışması esnasında birleştirilerek sahnenin o anki vaziyetine uygun ışık haritaları üretilir. Ön hesaplama sürelerindeki artışa rağmen, yöntemin çalışma esnasında iş yükü bir çok uygulamada kullanılmasını imkan sağlayacak şekilde azdır.

One of the biggest challenges of real-time graphics applications is to maintain high frame rates while producing realistically lit results. Many realistic lighting effects such as indirect illumination, ambient occlusion, soft shadows, and caustics are either too complex to render in real-time with today's hardware or cause significant hits to frame rates. Light mapping technique offers to precompute the lighting of the scene to speed up expensive lighting calculations at run-time. This allows rendering high quality lights from a high number of light sources even on low-end devices. The primary drawback of this technique is that scene state that is dependent on the precomputed data cannot be changed at run-time. This includes intensity, color, and position of light sources as well as position and visibility state of light map illuminated objects. This property of light maps significantly decreases the interactability of applications. In this thesis, we present a method to remove some of these restrictions at the cost of additional texture memory and small CPU/GPU workload. This allows changing color and intensity properties of selected light sources at run-time while keeping the benefits of light mapping technique. It is also becomes possible to change visibility state of selected objects. Our algorithm computes the light maps separately for each light source. Regions shadowed by each selected object are also captured and stored. These maps are later combined at run-time to correctly illuminate the scene. Despite the increase in the generation time of precomputed data, the overhead of the method at run-time is low enough to make it useful in many real-time applications.