Title: Interactive curved reflections in large point clouds
Language: English
Authors: Preiner, Reinhold
Qualification level: Diploma
Keywords: Punktwolken; Global Illumination; interaktive Spiegelungen; mirror space
point clouds; global illumination; interactive reflections; mirror space
Advisor: Wimmer, Michael
Issue Date: 2010
Number of Pages: 93
Qualification level: Diploma
Abstract: 
Im Bereich des Echtzeitrenderings verzeichnet die Computergraphik eine immer rascher zunehmende Darstellungsfähigkeit für immer größere und komplexere Szenen. In den letzten Jahren haben sich eine Vielzahl an Rendering-Techniken etabliert, die die Qualität der generierten Bilder in konventionellen Polygonszenen immer mehr an den Fotorealismus konvergieren lässt. Vor allem im Teilbereich der realistischen Beleuchtung von Szenen stellen Global-Illumination (GI) Techniken aktuell ein wichtiges Forschungsgebiet dar. Im Vorfeld dieser Arbeit haben wir erstmals einen GI-Algorithmus auf riesige Punktwolkenszenen angewandt, mit dem wir eine realistische Beleuchtung von diffusen und glänzenden Objekten in Echtzeit erzeugen können. Die vorliegende Diplomarbeit setzt die Leistungsfähigkeit dieses GI-Renderers auf die nächste Ebene. Sie implementiert erstmals die Darstellung von Oberflächenspiegelungen auch für Punktwolkenszenen.
Bisherige Echtzeit-Rendering-Techniken für gekrümmte Spiegelungen in Polygonszenen sind entweder extrem ungenau, oder unterstützen nicht jede beliebige Art von Oberfläche. Speziell konkav gekrümmte Oberflächen stellen bei aktuellen, physikalisch korrekten Ansätzen ein Problem dar.
Bisher können korrekte Spiegelungen auf komplexeren Oberflächen nur durch Offline-Algorithmen erzeugt werden.
Wir haben eine neuartige Technik namens "Screen-Space Curved Reflections" entwickelt, die es erlaubt, physikalisch korrekte Spiegelungen auf beliebig komplexen Oberflächen darzustellen. Die Methode basiert auf dem Ansatz, für jeden Punkt in der Szene jenen Pixel im Framebuffer zu suchen, der dessen reflektierenden Oberflächenpunkt enthält. Wir erreichen dies durch einen effizienten Gradientenabstieg auf einer von uns eingeführten Fehlerfunktion, der "mirror-space error function". Obwohl unsere Methode hohe Anforderungen an die Hardware stellt, sind wir in der Lage, gängige Szenen bei interaktiven Bildwiederholungsraten darzustellen.

In the field of real-time rendering, computer graphics observes a continuously growing power of visualizing of scenes of continuously growing complexity. In the past few years, a number of rendering techniques have been developed that let the quality of the rendered images converge towards photorealism. Especially in the field of realistic scene illumination, Global Illumination (GI) techniques represent an important field of research. Previous to this work, for the first time we have applied a GI algorithm also to point clouds, which enables us to achieve realistic illumination of diffuse and glossy objects in real-time.
This thesis elevates the power of visualization of this GI-Renderer to the next level. For the first time, it implements a realistic, physically based rendering of mirroring surfaces also for point clouds.
Current real-time approaches addressing curved mirroring surfaces in polygon scenes either are extremely imprecise or cannot handle each arbitrary type of surface. Especially concave surfaces represent a significant difficulty for current physically based methods. Up to now, physically correct mirror reflections on complex surfaces can only be produced by offline algorithms. We introduce a novel rendering technique called "Screen-space curved reflections", which enables us to produce physically correct mirror reflections on arbitrarily complex surfaces. Our method bases on the approach, for each point in the scene to find the pixel in the framebuffer that contains its reflecting surface point. This is achieved by the application of a fast gradient descent on a new error function called "mirror-space error function". Although our method raises high demands on the hardware, we are able to render common scenes at interactive frame rates.
URI: https://resolver.obvsg.at/urn:nbn:at:at-ubtuw:1-34942
http://hdl.handle.net/20.500.12708/10564
Library ID: AC07807593
Organisation: E186 - Institut für Computergraphik und Algorithmen 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
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