Realtime ray tracing and interactive global illumination

Abstract

Interaktive 3D-Computergraphik basiert heutzutage fast ausschliesslich auf dem Rasterisierungsverfahren. Dieses ist heute sehr effizient und günstig realisierbar, stösst aber zunehmend an seine Grenzen hinsichtlich unterstützter Szenenkomplexität und erreichbarer Darstellungsqualität. Eine Alternative zum Rasterisierungsverfahren ist das Ray Tracing Verfahren, welches zwar allgemein für bessere Bildqualität bekannt ist, aber aufgrund hoher Rechenanforderungen bisher als unvereinbar mit interaktiver Performanz galt. In dieser Arbeit geht es um die Entwicklung der Echtzeit Ray Tracing Technologie, mit der das Ray Tracing Verfahren auch für interaktive Anwendungen ermöglicht wird. Die im Rahmen dieser Dissertation entwickelten Techniken ermöglichen nun erstmalig interaktive Ray Tracing Performanz selbst auf Standard PCs. Die dazu entwickelten Methoden beinhalten unter anderem einen extrem schnellen Ray Tracing Kern, ein effizientes Parallelisierungsframework, die Unterstützung dynamischer und extrem komplexer Modelle, sowie eine geeignete Programmierschnittstelle. Darauf aufbauend wurden dann weiterhin Verfahren entwickelt, die es erstmalig ermöglichen, auch die globale Lichtausbreitung interaktiv zu simulieren. Die im Rahmen der Dissertation entwickelten Techniken formen ein komplettes Framework für Echtzeit-Ray Tracing und interaktive Beleuchtungssimulation, welches interaktive Performanz selbst für massiv komplexe Szenen liefert, sowie erstmalig physikalisch basierte Computergraphik unter Echtzeitbedingungen ermöglicht.