Реалистичное изображение транспорта света в комнате важно при создании компьютерных фильмов. Если это не сработает, трехмерное впечатление быстро теряется.
Следовательно, специалисты по цифровому освещению киноиндустрии используют специальные вычислительные методы, требующие огромных вычислительных мощностей и, следовательно, повышающие производственные затраты.Не только в киноиндустрии, но и в автомобильной промышленности компании инвестируют средства, чтобы сделать условия освещения для компьютерного изображения как можно более реалистичным.
Уже в процессе разработки целые вычислительные центры используются для расчета и отображения реалистичных изображений сложных моделей автомобилей в реальном времени. Только так дизайнеры и инженеры могут оценить дизайн и характеристики продукта на ранней стадии и оптимизировать их на стадии планирования. «Они практически не создают настоящих прототипов. Поэтому дизайнеры хотят убедиться, что корпус автомобиля на экране выглядит именно так, как настоящий автомобиль появится позже», — объясняет Филипп Слусаллек, профессор компьютерной графики Саарландского университета, научный директор Немецкий центр искусственного интеллекта (DFKI) и директор по исследованиям Института визуальных вычислений Intel при Саарландском университете.
С помощью современных методов вычислений невозможно эффективно вычислить все эффекты освещения. Так называемая трассировка пути по методу Монте-Карло может очень хорошо отображать падение прямого света на поверхности и непрямое освещение за счет отражения света от поверхностей в комнате. Но он не подходит для освещения вокруг прозрачных объектов, таких как полупрозрачные тени от стеклянных объектов, или для освещения зеркальными поверхностями (так называемая каустика). В этом, с другой стороны, было преимущество так называемого фотонного картирования.
Но этот метод снова привел к неутешительным результатам при прямом освещении поверхностей. Но поскольку эти два подхода были математически несовместимы (интегрирование Монте-Карло в сравнении с оценкой плотности), было невозможно объединить их, и поэтому необходимо было вычислять их отдельно друг от друга для конкретных изображений. Это увеличило стоимость вычислений для компьютерных анимационных фильмов, таких как «Хоббит: неожиданное путешествие», где нужно вычислять до 48 изображений в секунду — для фильма, «нормальная» версия которого длится 169 минут.В сотрудничестве с Ильяном Георгиевым, аспирантом Высшей школы компьютерных наук в Саарбрюккене, Ярославом Криванеком из Карлова университета в Праге и Томасом Давидовичем из Института визуальных вычислений Intel при Саарландском университете, в 2012 году Слусаллек разработал математический подход, сочетающий оба метода. друг с другом с умом.
Они переформулировали отображение фотонов как процесс Монте-Карло. Следовательно, они могли интегрировать его непосредственно в метод отслеживания пути Монте-Карло. Для каждого пикселя изображения новый алгоритм автоматически решает с помощью так называемой множественной выборки по важности, какая из обеих стратегий лучше всего подходит для расчета освещенности в этом месте.
Исследователи из Саарбрюккена также предоставили математическое доказательство того, что результаты нового вычислительного метода соответствуют результатам двух предыдущих методов. «Наш новый метод значительно упрощает и ускоряет весь процесс расчетов», — говорит Слусаллек.Слусаллек и его исследовательская группа представляют новый научный доклад на конференции Siggraph, которая в этом году проходит в Ванкувере. Они демонстрируют, что новый метод VCM может быть очень эффективно реализован на высокопараллельных графических процессорах.
Поскольку это исследование финансируется, в частности, американским производителем полупроводников Intel, исследователи представят свои результаты на стенде Intel Siggraph.