redflash [4D] renderer / Raytracing Camp 9

Slide 1

Slide 1 text

redﬂash [4D] 2023-09-02 レイトレ合宿9本戦 @gam0022 / Sho HOSODA

Slide 2

Slide 2 text

アピールポイント💪  • 超立方体  ‣ 4Dの回転のアニメーションを3Dに投影  ‣ “次元の差” で勝負    • レイマーチングの高速化  ‣ [Bán&Valasek 23] Automatic Step Size Relaxation in Sphere Tracing    2

Slide 3

Slide 3 text

基本機能  • Unidirectional Path Tracing  ‣ implemented in NVIDIA® OptiX 6.5  • Materials  ‣ Disney BRDF, Lambert Diffuse  • NEE（Next Event Estimation)  • MIS（Multiple Importance Sampling）  • Primitives  ‣ Sphere  ‣ Mesh  ‣ Distance Function (Raymarching)  • ACES Filmic Tone Mapping  • Deep Learning Denoising  3

Slide 4

Slide 4 text

レンダラーの出力設定  • 解像度  ‣ 1920x1080    • 300フレーム💪  ‣ 30FPS × 10秒（上限）  ‣ 1フレーム1秒  ‣ ループ再生に対応したアニメーション    • マルチインスタンス  ‣ フレーム分割（150フレームで2分割）  4

Slide 5

Slide 5 text

超立方体  • 超立方体（hypercube）  ‣ 4次元の立方体  5 4次元の立方体の理解 - 大人になってからの再学習

Slide 6

Slide 6 text

四次元の描画  4次元の回転を3次元から観測すると面白いアニメーションになる  • 内側と外側がグルグルと入れ替わる  6

Slide 7

Slide 7 text

四次元の描画  7 3次元座標を4次元に変換（逆ステレオ投影） 4次元空間上で回転 3次元空間上で描画 4次元座標を3次元に変換（ステレオ投影） Stereographic Projection: Cartography Applications - Mathematics Stack Exchange

Slide 8

Slide 8 text

ステレオ投影とは？  • この動画が超分かりやすい  ‣ 4次元の数｢四元数｣の見た目    8

Slide 9

Slide 9 text

2つのフラクタルから構成  9 外側のMengerSponge 金属質で複雑内側のMengerSponge サイバー感でシンプル clearcoatとsubsurface有効完成形

Slide 10

Slide 10 text

完成形  10

Slide 11

Slide 11 text

モデリングの試行錯誤  Untiy HLSLで下書きしてからCUDA Cに移植   11

Slide 12

Slide 12 text

レイマーチング（Sphere Tracing）の高速化の研究  • [Keinert et al. 14] Enhanced Sphere Tracing  • [Bán&Valasek 18] Accelerating Sphere Tracing  • [Bán&Valasek 23] Automatic Step Size Relaxation in Sphere Tracing  12 今年の論文を実装！ [Bán&Valasek 18] シーンを平面と仮定 Sphereが重ならないように次のステップを求める普通のSphereTracing [Bán&Valasek 23]は [Bán&Valasek 18]のパラメーターを自動調整

Slide 13

Slide 13 text

[Keinert et al. 14] Enhanced Sphere Tracing  • レイのステップを ω ∈ [1, 2) 倍（relaxation parameter）  ‣ 通常より大きくレイを進める  ‣ 進み過ぎたら、引き返す  13

Slide 14

Slide 14 text

[Bán&Valasek 18] Accelerating Sphere Tracing  14 ● シーンを平面と仮定してステップを予測 ○ Sphere同士が重ならない最大のステップ ○ ω ∈ [0, 1] の定数でステップの補正の強さを調整 ■ 平面のシーン: ω=1 ■ 曲面のシーン: ω<1 普通のSphereTracing

Slide 15

Slide 15 text

[Bán&Valasek 23] Automatic Step Size Relaxation in Sphere Tracing  • [Bán&Valasek 18] Accelerating Sphere Tracing と同じ著者ら  ‣ Róbert Bán and Gábor Valasek    • [Bán&Valasek 18]と同様に平面を仮定して最大のステップを決める  • ωを状況に応じて自動調整  ‣ 引き返しがない状態が続けば、大きく調整   ‣ 引き返しが起きたら、ωを小さくリセット     • 前の2つの手法より良いか同等の結果   15

Slide 16

Slide 16 text

[Bán&Valasek 23] Automatic Step Size Relaxation in Sphere Tracing  提出シーンで計測した結果、1.9倍も高速化🎉  16 MengerSpongeはBox（平面）で構成されるので、とても相性が良かった

Slide 17

Slide 17 text

[Bán&Valasek 23] Automatic Step Size Relaxation in Sphere Tracing  形状の歪みが少ないほど効果が高い（2sppの描画時間）  17 50 frame 150 frame 250 frame ● 比率 ● 通常 ● [BV23]

Slide 18

Slide 18 text

[Bán&Valasek 23] Automatic Step Size Relaxation in Sphere Tracing  去年のシーンは通常SphereTracingの半分まで性能が悪化…  平面が含まれないフラクタルだと厳しいのかもしれない  18

Slide 19

Slide 19 text

その他の工夫  • 制限時間を守る工夫  ‣ 各フレームの最初の2サンプリングからギリギリ間に合うサンプリング数を推定    • PNGの保存の並列化  ‣ サブスレッドで動作  ‣ メインスレッドのレンダリングをブロックしない    • 軽量版のレンダラー  ‣ アニメーションの確認用    • プライマリレイのDepthを2回目以降のサンプリングで使い回す  ‣ 大きく高速化できるが、DoFできなくなる  19

Slide 20

Slide 20 text

アピールポイント💪  • 超立方体  ‣ 4Dの回転のアニメーションを3Dに投影  ‣ “次元の差” で勝負    • レイマーチングの高速化  ‣ [Bán&Valasek 23] Automatic Step Size Relaxation in Sphere Tracing    20

Slide 21

Slide 21 text

END. 21