Спосіб відкладенного текстурування для оптимізації освітлення у реальному часі
Вантажиться...
Дата
2024
Автори
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Актуальність теми. Однією з важливих задач к гр є вирішення проблеми освітлення в реальному часі, оскільки вона стосується генерації реалістичних зображень під час відтворення графічних сцен у відеоіграх, симуляторах, архітектурних та географічних візуалізаціях тощо.
Основні викликами є:
1. Реалістичність – для досягнення реалістичного освітлення потрібно враховувати різні джерела світла, їхні властивості та взаємодію з поверхнями об'єктів.
2. Швидкість – оскільки освітлення відбувається в реальному часі, важливо оптимізувати алгоритми та підвищити швидкість обчислень для плавної ігрової динаміки та ін.
3. Динаміка – змінюваність сцени, анімація об'єктів і рух камери вимагають адаптації освітлення в реальному часі.
4. Тіні – генерація тіней в реальному часі є складною задачею, оскільки потрібно враховувати розміри, форми та властивості об'єктів, а також джерела світла.
5. Глобальне освітлення – урахування впливу відбиття світла від інших об'єктів та середовища дозволяє отримати більш реалістичні зображення.
Для розв'язання цих проблем використовуються різні методи та алгоритми, такі як "deferred shading", "screen space reflections", "real-time global illumination", "physically based rendering". Їх застосування дозволяє отримати високоякісне освітлення при створенні зображень у графічних застосунках в режимі реального часу. Проте вони не завжди оптимально використовують апаратні ресурси графічного процесора. Однією з суттєвих проблем, що може виникнути при їх використанні, є ефект під назвою quad overdraw, який зумовлений апаратними особливостями графічного конвеєра. Це зумовлює потребу в таких способах і засобах формування реалістичних зображень, які дозволять оптимально використовувати апаратні ресурси графічного процесора.
Об’єктом дослідження є процеси освітлення трьохвимірних об'єктів в реальному часі.
Предметом дослідження є методи, способи та засоби оптимізації систем освітлення в реальному часі.
Метою роботи є підвищення ефективності програмного забезпечення для візуалізації трьохвимірних об'єктів в реальному часі шляхом оптимізації процесу підготовки даних, необхідних для обчислення освітлення.
Наукова новизна:
– Запропоновано спосіб реалізації відкладеного текстурування з використанням обчислювального конвеєра для посилення контролю над процесом виконання шейдерів на графічному конвеєрі. Це дозволяє мінімізувати вплив ефекту quad overdraw, що виникає при растерізації великої кількості високодеталізованої геометрії, і тим самим оптимізувати процес освітлення, підвищивщи його швидкодію.
– Запропоновано використання Async Compute для розділення підготовчих обчислень для звичайної геометрії та геометріїї з великими накладними витратами при рендерингу через quad overdraw. Це дозволяє зменшити загальну тривалість кадру завдяки паралельній роботі графічного та обчислювального конвєєрів.
Практична цінність: розроблені програмні засоби дозволяють реалістично візуалізувати та освітлювати тривимірні об'єкти в реальному часі і можуть бути використані в сфері розробки компютерних ігор, графічному дизайні, географічних та інженерних візуалізаціях.
Апробація роботи. Основні положення і результати роботи були представлені та обговорювались на:
1. П’ята міжнар. наук.-практ. конф. «Сучасні тенденції розвитку інформаційних систем і телекомунікаційних технологій», 1 червня 2023 р. (Київ, Україна). — К.: НУХТ, 2023.
2. П’ята міжнар. наук.-практ. конф. «Сучасні тенденції розвитку інформаційних систем і телекомунікаційних технологій», 1 червня 2023 р. (Київ, Україна). — К.: НУХТ, 2023.
Структура та обсяг роботи. Магістерська дисертація складається з вступу, чотирьох розділів та висновків.
У вступі подано загальну характеристику роботи, зроблено оцінку сучасного стану проблеми, обґрунтовано актуальність напрямку досліджень, сформульовано мету досліджень.
У першому розділі проведено детальне дослідження наявних систем систем освітлення. Оцінено їх переваги та обмеження, а також визначено потреби та обмеження при їх використанні.
У другому розділі розглянуто варіант реалізації методу відкладеного текстурування, розглянуто проблеми, які виникають при реалізації способу та способи їх вирішення.
У третьому розділі обгрунтовано вибір інструментарію розробки, наведено опис можливостей DirectX 12, що можуть бути використанні при розробці.
У четвертому розділі проведено порівняння эфективності розробленої реалізації.
У висновках представлені результати проведеної роботи.
Робота представлена на Х аркушах, містить посилання на список використаних літературних джерел.
Опис
Ключові слова
рендеринг, освітлення, реальний час, моделі візуалізації тривимірних об'єктів, DirectX, GPU, rendering, lighting, real time, 3D object visualization models
Бібліографічний опис
Пащенко, А. І. Спосіб відкладенного текстурування для оптимізації освітлення у реальному часі : магістерська дис. : 123 Комп'ютерна інженерія / Пащенко Антон Іванович. – Київ, 2024. – 81 с.