Bildsynthese mit prozeduralen Texturen für große digitale Welten
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Eine Herausforderung in Grafikanwendungen, wie z.B. Filmproduktionen, sind große Eingabedaten als Folge der visuellen Komplexität. Meist wird das Rendering einer 3D-Szene und die Generierung von Texturen, die oft die meisten visuellen Details beitragen, getrennt behandelt. Häufig werden Texturen dabei aus prozeduralen Modellen gewonnen, die sich gut eignen, um stochastische Texturen und Muster zu erzeugen, z.B. um Naturphänomene nachzuahmen. In diesem Projekt wurde das Modell des Prozeduralen Texturgraphen (PTG) zugrunde gelegt, das diesen generativen Prozess als Graph darstellt, wobei Quellknoten mathematische Funktionen, innere Knoten Pixel-Operationen und Senkenknoten die Ausgabetexturen repräsentieren. Werden diese Texturen im Voraus berechnet führt dies zu extremem Speicherbedarf. Eine Auswertung zur Laufzeit für jeden Texturzugriff führt hingegen zu vielen redundanten Berechnungen. In diesem Projekt wurde prozedurale Textursynthese und fotorealistisches Rendering als eng gekoppelte Einheit betrachtet und das Rendering von hochdetaillierten Szenen mit Textursynthese sollte durch Reduzieren des Speicherbedarfs und redundanter Berechnungen ermöglicht werden. Die Projektergebnisse tragen zu unterschiedlichen Aspekten dieser übergeordneten Ziele bei. Ein Beitrag befasste sich mit der Synthese von Texturen, die basierend auf Mikrofacettenmodellen glitzernde Materialien darstellen. Hierzu wurde die vorgefilterte Ausgabe eines PTG direkt mit Hilfe von dünnbesetzten Wörterbüchern generiert. Diese Forschung führte zu drei publizierten Arbeiten, ist anhand von frei zugänglichem Quellcode nachvollziehbar und wurde darüber hinaus einem interessierten Publikum in zwei Videos vorgestellt. Die entwickelte Methode wurde zudem in eine industrielle Rendering-Engine integriert. Es wurden ebenfalls neue PTG-Operationen für Texturen basierend auf vektoriellem Gaußschen Rauschen mit bivariaten Transferfunktionen vorgestellt, die geeignet sind prozedurale strukturierte Muster zu erzeugen. Die Ergebnisse wurden in zwei Forschungsarbeiten mit begleitendem Quellcode vorgestellt. Weitere Arbeiten zielten auf die effiziente Auswertung während des Rendering mit Raytracing ab. Es wurde ein Verfahren entwickelt, das redundante Auswertungen durch adaptives, partielles Caching von PTG-Operationen reduziert. Es berücksichtigt hierzu die Operationen und deren Abfolge bei der Auswertung eines PTG. Zunächst bestand die Herausforderung darin, Auswirkungen der Operationen im Hinblick auf das Caching zu identifizieren und zu quantifizieren. Es zeigten sich dabei Verbindungen zwischen Texturabrücken für das Caching (Fläche eines Zugriffs im Texturraum) und Berechnungen, wie sie bei Path Guiding-Methoden für Transportsimulationen erforderlich sind. Dieser Aspekt wurde eingehender untersucht und führte zunächst zu zwei Veröffentlichungen zu Anwendungen im Raytracing; die Ergebnisse zu PTG-Caching sollen in Kürze veröffentlicht werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Procedural Physically based BRDF for Real‐Time Rendering of Glints. Computer Graphics Forum, 39(7), 243-253.
Chermain, X.; Sauvage, B.; Dischler, J.‐M. & Dachsbacher, C.
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Importance Sampling of Glittering BSDFs based on Finite Mixture Distributions, Eurographics Symposium on Rendering, 2021
X. Chermain, B. Sauvage, J.-M. Dischler & C. Dachsbacher
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Real-Time Geometric Glint Anti-Aliasing with Normal Map Filtering. Proceedings of the ACM on Computer Graphics and Interactive Techniques, 4(1), 1-16.
Chermain, Xavier; Lucas, Simon; Sauvage, Basile; Dischler, Jean-Michel & Dachsbacher, Carsten
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Color‐mapped noise vector fields for generating procedural micro‐patterns. Computer Graphics Forum, 41(7), 477-487.
Grenier, C.; Sauvage, B.; Dischler, J.‐M. & Thery, S.
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Path Guiding with Vertex Triplet Distributions. Computer Graphics Forum, 41(4), 1-15.
Schüßler, Vincent; Hanika, Johannes; Jung, Alisa & Dachsbacher, Carsten
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Markov Chain Mixture Models for Real‐Time Direct Illumination. Computer Graphics Forum, 42(4).
Dittebrandt, Addis; Schüßler, Vincent; Hanika, Johannes; Herholz, Sebastian & Dachsbacher, Carsten
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Preserving the autocovariance of texture tilings using importance sampling. Computer Graphics Forum, 42(2), 347-358.
Lutz, Nicolas; Sauvage, Basile & Dischler, Jean‐Michel
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Real‐time Terrain Enhancement with Controlled Procedural Patterns. Computer Graphics Forum, 43(1).
Grenier, C.; Guérin, É.; Galin, É. & Sauvage, B.
