Статьи автора

РЕКОНСТРУКЦИЯ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ОБЪЕКТОВ РЕАЛЬНОЙ СЦЕНЫ ПО ИЗОБРАЖЕНИЯМ С УЧЕТОМ ВТОРИЧНОГО ОСВЕЩЕНИЯ И ВЫБОРОМ НАИБОЛЕЕ ВАЖНЫХ ТОЧЕК

Номер выпуска 3 от 24.01.2025

В статье представлен метод реконструкции оптических свойств объектов реальной сцены по ряду ее изображений, основанный на использовании методов дифференцируемого рендеринга. Основной целью исследования является разработка подхода, позволяющего с высокой точностью восстановить оптические характеристики объектов сцены при минимизации вычислительных затрат. Во введении описана актуальность создания реалистичных виртуальных моделей сцен для компьютерной графики и их применения в таких областях, как виртуальная и дополненная реальность, анимация. Отмечено, что для достижения реализма изображения необходимо учитывать геометрию сцены, параметры освещения и оптические свойства объектов. В данной работе предполагается, что геометрия сцены и источники света известны, а основной задачей является восстановление оптических свойств объектов. Раздел “Методы” описывает основные этапы предложенного подхода. Первая стадия включает предварительную обработку данных, в ходе которой осуществляется выбор ключевых точек изображения, характеризующихся высокой яркостью и равномерным распределением по объектам сцены. Это позволяет значительно сократить объем данных, необходимых для оптимизации. Далее, используя численное дифференцирование и обратную трассировку лучей, вычисляются градиенты яркости по параметрам модели. Предложенный алгоритм учитывает как первичное, так и вторичное освещение, что повышает точность восстановления оптических характеристик сцены. На завершающем этапе параметры оптических моделей восстанавливаются с помощью метода Adam, улучшенного с использованием библиотеки Optuna для автоматического подбора гиперпараметров. В разделе результатов представлены эксперименты, выполненные на сцене Cornell Box. Демонстрируется результат восстановления оптических свойств и сравниваются оригинальная и восстановленная яркости. Выявлены ограничения, связанные с длительностью вычислений и чувствительностью к выбросам данных, которые подробно рассмотрены в работе. В заключении подведены итоги и предложены направления для дальнейшего развития, включая перенос вычислений на GPU и использование более сложных моделей оптических свойств для повышения точности и скорости алгоритма.

16 0

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МНОГОУРОВНЕВЫХ ХЭШ-ТАБЛИЦ ДЛЯ УСКОРЕНИЯ ПРОЦЕССА РЕНДЕРИНГА

Номер выпуска 3 от 17.09.2025

Проведен анализ методов реалистичного рендеринга с точки зрения эффективности расчета яркостей каустического и вторичного освещений. В качестве основного подхода для реализации реалистичного рендеринга был выбран метод двунаправленной прогрессивной трассировки лучей с обратными фотонными картами. Проведен анализ основных причин, снижающих производительность данного метода. Показано, что главным фактором, снижающим его производительность, является медленный доступ к данным фотонных карт. Рассмотрены различные варианты построения ускоряющих пространственных структур, исследованы их преимущества и недостатки. В качестве основных подходов были выбраны регулярная пространственная решетка и бинарное kd-дерево. Пространственная решетка обеспечивает высокую скорость доступа к данным при низкой адаптивности разбиения фотонной карты. Kd-дерево обеспечивает высокую пространственную адаптивность разбиения карты при низкой скорости доступа к данным. Предложено комбинированное решение, объединяющее адаптивность kd-дерева с высокой скоростью доступа к данным пространственной решетки. Для этого регулярная решетка накладывается на kd-дерево, построенное по принципу пространственного деления области фотонов на геометрически равные половины. Для уменьшения объемов памяти было предложено, во-первых, использовать многоуровневые пространственные решетки, накладываемые на выбранные узлы kd-дерева, и, во-вторых, для уменьшения объема памяти ускоряющей структуры хранить пространственные решетки в виде хэш-таблиц. В результате был предложен и реализован новый тип пространственных ускоряющих структур, представляющих собой дерево хэш-таблиц. Для разработанной пространственной структуры были реализованы методы поиска ближайших фотонов, сферы интегрирования которых покрывают точку освещения, и методы поиска пересечения сегмента луча со сферами интегрирования фотонов. Разработанные программные решения были реализованы в программном комплексе Lumicept, и для ряда базовых сцен было произведено сравнение скорости работы предложенного метода с методом, основанным на бинарном дереве, имеющемся в Lumicept. Сравнение показало, что новый метод может повысить общую производительность процедуры рендеринга более чем на 40%.

18 0