Порфиров Павел Александрович

Факультет компьютерных наук и технологий

Кафедра компьютерной инженерии

Специальность: Инженерия программного обеспечения

Тема магистерской работы: Повышение производительности синтеза стерео-изображений трёхмерных сцен методом трассировки лучей на параллельных графических процессорах

Научный руководитель: к.т.н., доц. Зори Сергей Анатольевич

Ссылки по теме выпускной работы

Локальные источники

Средства фотореалистичной визуализации и их реализация на параллельных компьютерных системах
Автор: Каламитра М. В.
Научный руководитель: к.т.н. доц. Бабков Виктор Светозарович
Описание: Персональный сайт на портале магистров ДонНТУ, 2013 г.
Реалистичная стерео-визуализация трёхмерных сцен методом трассировки лучей на специализированных параллельных вычислительных системах
Автор: Гуров А. В.
Научный руководитель: к.т.н. доц. Зори Сергей Анатольевич
Описание: Персональный сайт на портале магистров ДонНТУ, 2011 г.
Анализ, исследование и усовершенствование методов реалистической визуализации трёхмерных моделей объектов и сцен с применением функционального описания
Автор: Иванова Е. В.
Научный руководитель: к.т.н. доц. Зори Сергей Анатольевич
Описание: Персональный сайт на портале магистров ДонНТУ, 2010 г.
Разработка ускоренного алгоритма трассировки лучей
Автор: Серженко А. А.
Научный руководитель: к.т.н. доц. Мальчева Раиса Викторовна
Описание: Персональный сайт на портале магистров ДонНТУ, 2010 г.
Анализ алгоритмов трассировки лучей для реалистичной визуализации трёхмерных сцен и способов уменьшения их вычислительной сложности
Авторы: Запорожченко И. А., Григорьев М. А., Зори С. А.
Научный руководитель: к.т.н., доц. Зори Сергей Анатольевич
Описание: Выполнено исследование алгоритма 3DDA обхода регулярной сетки и влияние данной ускоряющей техники на скорость поиска пересечений луча с поверхностями сцены.

Национальные источники

Реализация фотореалистичной визуализации в современных светотехнических программах
Авторы: Васильева Ю. О., Ляшенко Е. Н.
ВУЗ: Харьковский национальный университет городского хозяйства
Описание: Краткий обзор базовых принципов моделирования светотранспорта с помощью методов трассировки лучей.
Геометрическое моделирование процесса освещения
Авторы: Дашкевич А. А., Анисимов К. В.
ВУЗ: Национальный технический университет Харьковский политехнический институт.
Описание: Проанализирован алгоритм излучательности (radiosity). Предложен метод вычисления форм-факторов для поверхностей источников освещения, имеющих сложную геометрию.
Використання технологій загальних обчислень на графічних процесорах для прискорення синтезу тривимірних зображень методом зворотного трасування променів
Авторы: Кудлай С. Ю., Шатовська Т. Б.
ВУЗ: Харьковский национальный университет радиоэлектроники
Описание: Сравнительный анализ эффективности реализации классического алгоритма трассировки лучей на CPU и GPU.

Международные источники

Конференции и курсы лекций

Автор: Fabio Pellacini
Описание: Лекции по курсу Fundamentals of computer graphics в университете Sapienza University of Rome. В частности, из данного курса полезными оказались две последние лекции, в которых лаконично и наглядно продемонстрирован вывод уравнения визуализации и его решение с помощью трассировки путей.
Автор: Jaakko Lehtinen
Описание: Курс лекций по компьютерной графике в университете Aalto University.
Автор: Donald S. Fussel
Описание: Курс лекций в университете University of Texas at Austin. Кроме лекций курс содержит авторские заметки, ссылки на литературу к каждой лекции и на демонстрационные приложения.
Автор: Pat Hanrahan
Описание: Лекции по курсу Image Synthesis Techniques в университете Stanford University. Местами данный курс лекций более глубоко охватывает тему трассировки лучей, чем другие приведённые в списке курсы лекций, однако информации в презентациях недостаточно для её понимания без предварительного ознакомления с материалом.
Описание: Базовый раздел сайта содержит курс уроков, в которых освещена основная информация, необходимая для написания трассировщика лучей с нуля. Материал изложен очень простым языком, сопровождается наглядными иллюстрациями и выкладками кода.
Авторы: James Arvo, Pat Hanrahan, Henrik Wann Jensen, Don Mitchell, Matt Pharr, Peter Shirley, Jim Arvo, Marcos Fajardo
Описание: В курсе лекций приведён детальный обзор алгоритмов стохастической трассировки лучей и их теоретических основ, начиная с базовых понятий теории вероятности.
Автор: Rob Farber
Описание: Серия статей, посвящённых программированию для платформы CUDA. В статьях на практических примерах, сопровождаемых выкладками кода, рассмотрены основные концепции работы с CUDA, а также с инструментами и библиотеками, входящими в CUDA Toolkit.

Научные работы и статьи

Автор: James T. Kajiya
Описание: Приведено интегральное уравнение светотранспорта, продемонстрировано его решение с помощью цепей Маркова. Предложены различные техники сэмплинга путей.
Авторы: Robert L. Cook, Thomas Porter, Loren Carpenter
Описание: Предложено расширение классического алгоритма трассировки лучей, использующее методы стохастической выборки для расширения спектра синтезируемых эффектов.
Автор: Attila T. Afra
Описание: Предложена ускоряющая техника, позволяющая ускорить поиск пересечений пакетов лучей с поверхностями сцены без хранения ускоряющей структуры путём динамической сегментации поверхностей.
Автор: D. G. van Antwerpen
Описание: В работе предложены оптимизации для реализация алгоритмов визуализации Path tracing, Bidirectional path tracing и Energy redistribution path tracing на GPU. Автор является одним из разработчиков трассировщика Brigade.
Авторы: Schwenk K., Kuijper A., Behr J., Fellner D. W.
Описание: Предложен алгоритм фильтрации шумов в синтезированных изображениях. Для получения окончательного изображения используются три буфера для хранения рассчитанного низкочастотного, высокочастотного и отфильтрованного освещения, содержимое которых затем комбинируется.
Автор: Attila T. Afra
Описание: Предложен алгоритм трассировки больших сцен, состоящих из полигональных объектов, которые не могут быть загружены в RAM целиком. Алгоритм ориентирован на визуализацию статических сцен с помощью CPU.
Авторы: Attila T. Afra, Laszlo Szirmay-Kalos
Описание: Предложен бесстековый (с уменьшенным потреблением памяти) алгоритм для ускорения пересечений лучей с MBVH-деревьями.
Автор: Whitted T.
Описание: Классический алгоритм обратной трассировки лучей.
Автор: Wald I.
Описание: Приведено исследование способов повышения загрузки варпов GPU при трассировке путей.
Авторы: Bauszat P., Eisemann M., Magnor M.
Описание: Предложена модификация алгоритма стохастической трассировки путей, в которой непрямое освещение предварительно фильтруется с использованием информации о глубине.
Авторы: David C. Banks, Kevin M. Beason
Описание: Предложено обобщение уравнения светотранспорта для более гибкого моделирования прямого и непрямого освещения (в частности, для получения прямого освещения без учёта теней).
Автор: Veach E.
Описание: В диссертации построена строгая теоретическая база, в контексте которой рассматриваются проблемы светотранспорта. Приведён глубокий анализ алгоритмов Bidirectional Path Tracing и Metropolis Light Transport и предложены соответствующие модификации схем сэмплинга для использования в двунаправленных алгоритмах.
Авторы: Cline D., Talbot J., Egbert P.
Описание: Предложен алгоритм Energy Redistribution Path Tracing, объединяющий концепции алгоритмов Bidirectional Path Tracing и Metropolis Light Transport.
Авторы: Турлапов В. Е., Ульянов Д. Я., Сопин Д. П., Боголепов Д. К.
Описание: Описана общая организация графического конвейера для реализации трассировки лучей на GPU. Предложенный конвейер предусматривает возможность трассировки сцен без предварительной триангуляции.
Авторы: Howes L., Thomas D.
Описание: Обзор и анализ методов генерации случайных чисел в контексте их реализации на платформе CUDA.
Автор: Cabeleira J.
Описание: Предложен гибридный алгоритм визуализации, который позволяет скомбинировать прямое освещение, рассчитываемое на основе традиционных техник растеризации, с отражениями и преломлениями, получаемыми на основе нерекурсивной трассировки лучей.
Авторы: Груздев А. М., Фролов В. А., Игнатенко А. В.
Описание: Предложен алгоритм ускорения приближённого расчёта непрямого освещения.
Авторы: Reinhard E., Smits B., Hansen C.
Описание: Предложена техника ускорения визуализации интерактивных сцен, модифицирующая структуру и алгоритм обхода иерархических сеток (grid).
Авторы: Wald I., Havran V.
Описание: В работе предложен алгоритм быстрого построения Kd-деревьев. Алгоритм имеет низкую временную сложность, но предполагает интенсивное использование памяти.
Авторы: Kontkanen J., Rasanen J., Keller A.
Описание: Предложен метод ускоренной оценки непрямого освещения. Метод построен на основе алгоритма Irradiance Caching и использует низкочастотный фильтр для отсечения шумов в оценке.

Учебники и справочники

Авторы: Arvo J., Kirk D.
Описание: Классификация и обзор ускоряющих техник, используемых для уменьшения времени визуализации виртуальных сцен с помощью алгоритмов трассировки лучей. В обзоре также приведена общая информация о применении специализированного аппаратного обеспечения и аппаратного обеспечения общего назначения для реализации трассировки лучей.
Описание: В справочнике приведена вся необходимая информация о программной и аппаратной архитектуре платформы CUDA.
Авторы: Боресков А. В., Харламов А. А.
Описание: В учебнике приведена базовая информация об организации и оптимизации вычислений на платформе CUDA. Также обсуждается реализация специфических задач, в том числе решение задачи трассириовки лучей, с помощью CUDA.
Авторы: Shirley P., Morley R. Keith
Описание: В учебнике обобщена необходимая информация для написания трассировщика лучей. Материал написан довольно простым языком, а большинство глав завершаются выкладками кода с демонстрацией реализации описанных техник.
Автор: Watt Alan H.
Описание: В различных курсах лекций часто ссылаются на данный учебник. Так как учебник посвящён основам 3D-графики в целом, материал по теме трассировки лучей освещён недостаточно глубоко.
Авторы: Pharr M., Humphreys G.
Описание: В учебнике детально описаны теоретические основы визуализации с параллельной демонстрацией кода, реализующего рассматриваемые алгоритмы и методы.

Разное

Блоги и обсуждения

Автор: Lapere S.
Описание: Блог одного из разработчиков трассировщиков Octane Render и Brigade. Кроме демонстрации возможностей перечисленных движков, в записях блога можно найти множество ссылок на свежие научные исследования в области трассировки лучей.
Описание: Интервью с Дэвидом Кирком (David Kirk) и Филиппом Слюсаллеком (Philipp Slusallek) по поводу будущего игровой индустрии. Интересна вторая половина разговора, которая перерастает в дискуссию вокруг вопроса о необходимости разработки специализированного аппаратного обеспечения для осуществления трассировки лучей.
Автор: Fedy Abi-Chahla
Описание: Рассуждения по поводу будущего технологии трассировки лучей. Интересно мнение автора по поводу гибридных методов визуализации, совмещающих трассировку лучей и растеризацию.

Вспомогательные материалы

Автор: Edwards D.
Описание: Вводная информация для понимания принципов инетегрирования методом случайной выборки (Монте-Карло).
Автор: Соловьёв В. П.
Описание: Наглядная шпоргалка, содержащая пояснение понятия телесного угла, вывод формулы расчёта площади дифференциального телесного угла и демонстрацию интегрирования по поверхности сферы и полусферы.
Автор: Bram de Greve
Описание: Приведён алгоритм расчёта направлений отражённого и преломлённого лучей, а также описана модификация метода аппроксимации Шлика для уравнений Френеля. Предоставлен исходный код, реализующий все описанные алгоритмы.
Автор: Боресков А. В.
Описание: Обзор популярных моделей BRDF, их краткое математическое описание, реализация на шейдерном языке GLSL и демонстрация результатов работы шейдеров.
Автор: Schwenk K.
Описание: Обзор, анализ и смысловая интерпретация популярных моделей BRDF. В статье также продемонстрирован процесс построения собственной модели BRDF на основе существующих.

Трассировщики

Автор: Wenzel J.
Описание: Система визуализации, предоставляющая реализацию большого количества алгоритмов, в том числе экспериментальных.
Автор: Pharr M.
Описание: Система визуализации, исходный код которой разбирается в учебнике Physically Based Rendering: From theory to practice.
Автор: Beason Kevin M.
Описание: Трассировщик путей, реализованный 99 строками кода C++. Страница проекта также содержит ссылку на презентацию, объясняющую смысл кода построчно.