An efficient BSSRDF plugin for computer graphics software

Abstract

Bu tezde, yarı saydam malzemelerdeki yüzey altı ışık saçılımı için etkin modeller incelenerek, Mitsuba görselleştiricisinin eklenmesiyle, 3D modelleme programlarından Blender altında bir eklenti haline getirilmiştir. Yarı saydam malzemelerde yüzey altı saçılımı modellemesi İki Yönlü Yüzey Saçılımı Yansıma Dağılım Fonksiyonu (Bidirectional Scattering Surface Reflectance Distribution Function – BSSRDF) aracılığıyla sunulmaktadır. Bu fonksiyon yarı saydam malzemelerde yüzeye temas eden ışığın yüzeyden çıkış anına kadar yapmakta olduğu çoklu saçılım doğrultusunda, ışığın hareketini modellemektedir. Özgün hali sekiz boyutlu (8D) olan BSSRDF'ler Jensen'in iki kutuplu (Dipole) yaklaşımı ile 4 boyutlu (4D) hale indirgenmiştir. Heterojen yarı saydam malzemeler, yüzey üzerindeki farklılıklar dolayısıyla iki kutuplu yaklaşıma uygun değillerdir. Ölçümlenen 4D BSSRDF verileri, faktörizasyon tabanlı Tucker ve Tekil Değer Ayrıştırma (SVD) yöntemleri ile daha etkin sonuçlar vermektedirler. Tezin sonraki kısımlarında belirtileceği üzere, performans kriterleri doğrultusunda SVD yöntemi heterojen yarı saydam malzemelerin modellemesinde tercih edilmiştir.Eklenti, BLENDER üzerinde farklı parametrelerle hazırlanan 3 boyutlu sahnelerin MITSUBA dönüştürücüsü kullanılarak görselleştirme (rendering) işlemine sokulmasını sağlamaktadır. Eklenti performansının doğrulaması, farklı veri setlerinin işleme sokulması aracılığıyla gerçekleştirilmiştir.

In this thesis, efficient subsurface scattering models of translucent materials are examined and developed as a plugin under Blender 3D modelling tool with the integration of Mitsuba Renderer. Subsurface scattering on translucent materials is modelled by Bidirectional Scattering Surface Reflectance Distribution Function (BSSRDF). This function captures the motion of the light with the consideration of the light's multiple scattering characteristics in translucent materials, between its entry and the outgoing point. BSSRDF is originally 8D, however, it can be reduced to 4D by Jensen's Dipole approach. Heterogeneous translucent materials are not convenient for Dipole approach because of the diversities in their surfaces. Factorization based Tucker and Singular Value Decomposition (SVD) techniques give more efficient results on 4D BSSRDFs. As it will be explained in latter stages of this thesis, SVD technique is chosen in modelling of heterogeneous translucent materials towards performance criteria.The plugin provides the operation of rendering using Mitsuba renderer on 3D scenes that are created on Blender with different parameters. Its performance is verified through the rendering experiments with different data sets.