| TAZ-TFG-2020-3997 |
Rendering de iluminación directa y single-scattering utilizando control variates multidimensionales
Bernal Sierra, Félix
Muñoz Orbañanos, Adolfo (dir.)
Universidad de Zaragoza,
EINA,
2020
Departamento de Informática e Ingeniería de Sistemas, Área de Lenguajes y Sistemas Informáticos
Graduado en Ingeniería Informática
Resumen: En la actualidad, existe una gran demanda de generación de imágenes sintéticas indistinguibles de la realidad. Esta tarea tiene un alto nivel de complejidad, debido a que se requiere la simulación correcta de las interacciones de la luz con una escena virtual, modeladas matemáticamente mediante una integral de alta complejidad cuyo resultado se aproxima mediante técnicas de integración numérica.
Los algoritmos más utilizados para abordar el problema de la simulación del transporte de luz están basados en el método de integración de Monte Carlo, que utiliza el muestreo aleatorio de caminos de la luz en la escena. Aunque estos algoritmos permiten generar imágenes fieles a la realidad, introducen ruido visible en los resultados finales debido a su naturaleza estocástica si no se toman suficientes muestras.
Existen otros métodos de integración como los de tipo Newton-Cotes, que toman muestras de forma determinista para modelar la señal mediante polinomios. Estos métodos, en casos en los que la iluminación presenta una apariencia suave, son capaces de obtener mejores resultados pero introducen sesgo y artefactos visibles en los resultados que hacen que su uso haya sido menos explorado en el campo de la informática gráfica.
En este trabajo, se plantea un algoritmo que combina lo mejor de las estrategias de Monte Carlo y de tipo Newton-Cotes mediante el uso de una técnica de reducción de varianza denominada control variates. Este algoritmo es capaz de obtener mejores resultados que el método estándar de Monte Carlo en escenas que tienen zonas con un transporte de luz suave, manteniendo los detalles de alta frecuencia y un resultado sin sesgo.
Se implementan dos aplicaciones diferentes de esta técnica: simulación de iluminación directa, en la que se simula la luz que incide directamente en las superficies desde las fuentes de luz; y simulación de medios participativos, en los que la luz es absorbida y dispersada en su paso por el medio. En ambas aplicaciones, se analizan los resultados en diferentes escenas, comparándolos con los que de otras técnicas y analizando su convergencia a un resultado final.
Los algoritmos más utilizados para abordar el problema de la simulación del transporte de luz están basados en el método de integración de Monte Carlo, que utiliza el muestreo aleatorio de caminos de la luz en la escena. Aunque estos algoritmos permiten generar imágenes fieles a la realidad, introducen ruido visible en los resultados finales debido a su naturaleza estocástica si no se toman suficientes muestras.
Existen otros métodos de integración como los de tipo Newton-Cotes, que toman muestras de forma determinista para modelar la señal mediante polinomios. Estos métodos, en casos en los que la iluminación presenta una apariencia suave, son capaces de obtener mejores resultados pero introducen sesgo y artefactos visibles en los resultados que hacen que su uso haya sido menos explorado en el campo de la informática gráfica.
En este trabajo, se plantea un algoritmo que combina lo mejor de las estrategias de Monte Carlo y de tipo Newton-Cotes mediante el uso de una técnica de reducción de varianza denominada control variates. Este algoritmo es capaz de obtener mejores resultados que el método estándar de Monte Carlo en escenas que tienen zonas con un transporte de luz suave, manteniendo los detalles de alta frecuencia y un resultado sin sesgo.
Se implementan dos aplicaciones diferentes de esta técnica: simulación de iluminación directa, en la que se simula la luz que incide directamente en las superficies desde las fuentes de luz; y simulación de medios participativos, en los que la luz es absorbida y dispersada en su paso por el medio. En ambas aplicaciones, se analizan los resultados en diferentes escenas, comparándolos con los que de otras técnicas y analizando su convergencia a un resultado final.
Tipo de Trabajo Académico: Trabajo Fin de Grado
Enlace permanente:
El registro pertenece a las siguientes colecciones:
Trabajos académicos > Trabajos Académicos por Centro > Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Trabajos académicos > Trabajos fin de grado