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Theses Year : 2008

Interactive specular and glossy reflections in dynamic scenes.

Réflexions spéculaires en temps interactif dans les scènes dynamiques

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Abstract

Specular and glossy reflections are very important for our perception of 3D scenes, as they convey information on the shapes and the materials of the objects, as well as new view angles. They are commonly rendered using environment maps, with poor accuracy. We have designed more precise algorithms, under the constraints of interactive rendering and dynamic scenes, to allow applications such as video games or dynamic walk-through. We propose two methods for specular reflections. The first relies on rasterization and computes the position of the reflection of each vertex of the scene, by optimizing iteratively the length of the light paths. Then, the fragment shader interpolates linearly between the vertices. This method can represent parallax and all view dependent effects, and is better suited to smooth and convex reflectors. The second is a GPU ray tracing algorithm using a hierarchy of rays: the primary rays are rendered with rasterization, and the secondary rays are grouped hierarchically into cones to form a quad-tree that is rebuilt at each frame. The ray hierarchy is then intersected with all the triangles of the scene in parallel. That method is slightly slower, but more general and more accurate. We have extended this ray tracing algorithm to cone tracing supporting glossy reflections and continuous anti-aliasing.
Our ray and cone tracing techniques have been implemented under the stream processing model in order to use the GPU efficiently. In that context, we developed a new hierarchical stream reduction algorithm that is a key step of many other applications and has a better asymptotic complexity than previous methods.
Les réflexions spéculaires et brillantes sont très importantes pour notre perception des scèenes 3D, car elles fournissent des informations sur la forme et la matière des objets, ainsi que de nouveaux angles de vue. Elles sont souvent rendues avec peu de préecision en utilisant des cartes d?environnement. Nous avons créé des algorithmes plus préccis, sous les contraintes du rendu interactif et des scènes dynamiques, pour permettre des applications comme les jeux vidéos.
Nous proposons deux méthodes pour les réflexions spéculaires. La première est basée sur la rasterization et calcule la position du reflet de chaque sommet de la scène, en optimisant itérativement la longueur des chemins lumineux. Ensuite, le fragment shader interpole lin´eairement entre les sommets. Cette méthode représente les effets de parallaxe ou dépendants du point de vue, et est mieux adaptée aux réflecteurs lisses et convexes. La deuxième est un algorithme de lancer de rayons sur GPU qui utilise une hiérarchie de rayons : les rayons primaires sont rendus par rasterization, puis les rayons secondaires sont regroup´es hiérarchiquement en cônes pour former un quad-tree qui est reconstruit à chaque image. La hiérarchie de rayons est ensuite intersectée avec tous les triangles de la scène en parallèle. Cette méthode est légèrement plus lente, mais plus générale et plus précise. Nous avons étendu cet algorithme de lancer de rayons en un lancer de cônes capable de modéliser les réflexions brillantes et un anti-crénelage continu.
Nos techniques de lancer de rayons et de cones ont été implémentées dans le modèle de programmation du traitement de flux, pour une bonne efficacité de la carte graphique. Dans ce contexte, nous avons développé un nouvel algorithme hiérarchique de réduction de flux qui est une étape clé de beaucoup d?autres applications et qui a une meilleure complexité asymptotique que les méthodes précédentes.
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Dates and versions

tel-00326792 , version 1 (05-10-2008)

Identifiers

  • HAL Id : tel-00326792 , version 1

Cite

David D.R. Roger. Interactive specular and glossy reflections in dynamic scenes.. Human-Computer Interaction [cs.HC]. Université Joseph-Fourier - Grenoble I, 2008. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00326792⟩
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