Transporte de luz transitorio en medios participativos

Marco Murria, Julio
Jarabo Torrijos, Adrián (dir.)

Gutiérrez Pérez, Diego (ponente)

Universidad de Zaragoza, EINA, 2013
Departamento de Informática e Ingeniería de Sistemas, Área de Lenguajes y Sistemas Informáticos

Ingeniero en Informática

Resumen: La simulación del transporte de luz en una escena mediante un ordenador es conocido como renderizado. Simular las interacciones físicas de la luz con la materia es una de las tareas más desafiantes en la informática gráfica. Medios participativos cotidianos como la niebla o la piel, interaccionan con la luz produciendo efectos muy interesantes. Para renderizar el transporte de luz en una escena según las propiedades de la materia, es necesario basarse en los modelos físicos que las definen, conllevando el uso de costosos algoritmos que los aproximan. El estudio del transporte de luz es un elemento clave a la hora de mejorar los algoritmos existentes. Los recientes avances en captura ultrarrápida de imágenes nos permiten observar luz en movimiento a escalas macroscópicas, permitiéndonos ver cómo se propaga e interacciona con la materia y dando lugar a numerosas aplicaciones. Esto demuestra que existe información de utilidad en el dominio temporal que hasta ahora no se había tenido en cuenta. En el campo del render, esta información temporal normalmente es descartada, asumiendo que la luz tiene velocidad infinita, y produciendo imágenes en las que la luz está propagada por toda la escena. Romper esta asunción y considerar la velocidad de la luz finita implica la definición de un modelo de transporte de luz transitorio, es decir, teniendo en cuenta el tiempo de propagación de la luz. Este proyecto se centra en renderizar el transporte de luz transitorio tanto en el vacío como en medios participativos, incluyendo el tiempo en los modelos tradicionales de transporte de luz. Para ello se ha implementado uno de los últimos avances en render de medios participativos, el algoritmo Photon Beams, y se ha modificado para incluir el tiempo de propagación de la luz considerando los efectos que tiene la inclusión del tiempo en las propiedades de los medios. Analizar el transporte de luz transitorio aumenta la complejidad del render, dado que estamos añadiendo una dimensión más al problema. Reducir la dimensionalidad de un problema es una estrategia apropiada para analizarlo, ya que simplifica los modelos matemáticos, reduce los costes de cálculo y permite representar la información de manera más intuitiva. Aplicado al transporte de luz, reducir la dimensionalidad espacial a 2D requiere reconsiderar su formulación. En este proyecto redefinimos las propiedades de los medios participativos para el transporte de luz en 2D y realizamos una adaptación 2D del algoritmo Photon Beams. Basados en este enfoque, analizamos el transporte de luz en el tiempo variando las características de los medios y observando los perfiles temporales de la propagación de la luz dentro de medios participativos. Estos análisis nos han permitido detectar limitaciones sobre algoritmos ya existentes, así como observar las desventajas de las técnicas de muestreo utilizadas en los algoritmos estacionario cuando intentamos aplicarlas al transporte de luz transitorio. Finalmente hemos podido comprobar cómo los distintos sistemas de representación y las propiedades de los medios afectan a cómo interpretamos el transporte de luz en una escena. Este trabajo se ha realizado dentro de un proyecto de investigación en el Graphics and Imaging Lab y en colaboración con Wojciech Jarosz, investigador jefe del grupo de rendering en Disney Research, Zürich. Los resultados de este proyecto serán sometidos a la conferencia internacional SIGGRAPH 2014. Adicionalmente resultados previos de este trabajo se presentaron en la Congreso Español de Informática Gráfica 2013.

Palabra(s) clave (del autor): informática gráfica ; rendering ; transporte de luz ; transient rendering ; medios participativos ; photon beams

Tipo de Trabajo Académico: Proyecto Fin de Carrera