RT Camp 10 Renderer - Speaker Deck

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S K H O L E R E N D E R E R レイトレ合宿 10 kinankomtoi

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S K H O L E R E N D E R E R • Skhole ギリシャ語で「暇」「余暇」、転じて「学問をする場所」 Schoolの語源 1 0 / 1 3 / 2 0 2 4 2 • なんかいい感じの単語でやりたかったので適当に付けた • 諸事情があり、かなりプリミティブなレンダラーになった

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使用したライブラリ • VectorLikeGLSL (自作) : GLSLライクなvec, mat - Swittzle演算子対応 - めちゃくちゃバグあった • TinyGLTF • TinyObj • Nlohmann/ json : Jsonの入出力 • Cxxops : コマンドラインパーサー • GLFW • ImGUI 1 0 / 1 3 / 2 0 2 4 3

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S C E N E 1 0 / 1 3 / 2 0 2 4 4 • Blenderで制作 • 特に面白いことはない https://casual-effects.com/data/ • Mituba Knobをお借りしました

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モチベーション • 特殊なマテリアル作りたい - 特殊なマテリアルの設定がめんどくさい！ • デバッグを楽にしたい - 静止画でデバッグするのはもうつらい・・・ • ポスプロちゃんとして～ • Causticsやりて～ • Vulkanをやりたい 1 0 / 1 3 / 2 0 2 4 5

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目標 1 0 / 1 3 / 2 0 2 4 6 • Vulkan Raytracing • Editor制作

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目標 1 0 / 1 3 / 2 0 2 4 7 • Vulkan Raytracing • Editor制作 • ポスプロ(Color Grading etc..) • Fast Multiple Scattering Approximate • VMF Diffuse: A unified rough diffuse BRDF • Interactive Rendering of Caustics using Dimension Reduction for Manifold Next-Event Estimation 特殊なマテリアル Caustics やりたい手法

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目標 1 0 / 1 3 / 2 0 2 4 8 • Vulkan Raytracing • Editor制作 • ポスプロ(Color Grading etc..) • Fast Multiple Scattering Approximate • VMF Diffuse: A unified rough diffuse BRDF • Interactive Rendering of Caustics using Dimension Reduction for Manifold Next-Event Estimation 特殊なマテリアル Caustics やりたい手法間に合いませんでした

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開発記 1 0 / 1 3 / 2 0 2 4 9

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1 0 / 1 3 / 2 0 2 4 10 ~ お盆 8月末 Vulkan Raytracing 入門 https://zenn.dev/nishiki/books/f468197dca2dd8 ゼロからVulkan Ray Tracing, Nishiki Nsightを導入したり Editor 制作

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1 0 / 1 3 / 2 0 2 4 11 9月末 8月末 Editor 制作 Bounded VNDF Sampling for the Smith-GGX BRDF Visual Computing マテリアルの保存などアニメーション対応オフスクリーンレンダリングなど

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1 0 / 1 3 / 2 0 2 4 12 10/5 10/9 提出日そろそろやばい・・・ Caustics アルゴリズム調査 HoudiniでVisualize 行けそうな感じ

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1 0 / 1 3 / 2 0 2 4 13 10/5 10/9 提出日一旦テストで提出、無事に通る Caustics アルゴリズム調査 10/6 テスト提出 OK

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1 0 / 1 3 / 2 0 2 4 14 10/5 10/9 提出日 Causticsの実装を開始 Caustics アルゴリズム調査 10/6 テスト提出 OK 10/7 Caustics アルゴリズム実装ある程度の解を見つけられるようになった足りてない実装があったのでそれやればワンチャン行けるのでは・・・？

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1 0 / 1 3 / 2 0 2 4 15 10/5 10/9 提出日行けるかわからないので他のやりたかった実装をやる Caustics アルゴリズム調査 10/6 テスト提出 OK 10/7 Caustics アルゴリズム実装 10/8 ポスプロ Fast Multiple Scattering VMF Diffuse テスト提出ついでに提出

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1 0 / 1 3 / 2 0 2 4 16 10/8が終わるころの思考 VMF Diffuseの実装なんとか行けそうシーンももうちょいこだわろうかなギリギリCausticsもできるかも・・・？

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1 0 / 1 3 / 2 0 2 4 17

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1 0 / 1 3 / 2 0 2 4 18 10/8が終わるころの思考 VMF Diffuseの実装なんとか行けそうシーンももうちょいこだわろうかなギリギリCausticsもできるかも・・・？

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1 0 / 1 3 / 2 0 2 4 19 10/8が終わるころの思考 VMF Diffuseの実装なんとか行けそうシーンももうちょいこだわろうかなギリギリCausticsもできるかも・・・？

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1 0 / 1 3 / 2 0 2 4 20 10/5 10/9 提出日全てが崩壊 Caustics アルゴリズム調査 10/6 テスト提出 OK 10/7 Caustics アルゴリズム実装 10/8 ポスプロ Fast Multiple Scattering VMF Diffuse テスト提出

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1 0 / 1 3 / 2 0 2 4 21 10/5 10/9 提出日全てが崩壊 Caustics アルゴリズム調査 10/6 テスト提出 OK 原因が特定できずテスト提出まで戻すことになった

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1 0 / 1 3 / 2 0 2 4 22 10/5 10/9 提出日 10/6日時点のバージョンで提出することに・・・ Caustics アルゴリズム調査 10/6 テスト提出 OK 提出

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画像がでない・・・ • レンダリング時間が遅いとOUT • ちょっとでも複雑なシーンにするとOUT • 昔からのバージョンでも同様のバグ • ギリギリ行けそうなシーンと条件を探すことに 1 0 / 1 3 / 2 0 2 4 23

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できたのがこれ 1 0 / 1 3 / 2 0 2 4 24

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教訓 1 0 / 1 3 / 2 0 2 4 25 バキ外伝創面 2巻より引用

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やった ( やろうとした ) 手法の概要 1 0 / 1 3 / 2 0 2 4 26

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1 0 / 1 3 / 2 0 2 4 27 Bounded VNDF Sampling for Smith–GGX BRDF • サーフェイス方向に向かうサンプルを抑制する VNDF Sampling • 実装はSpherical VNDFサンプリングにちょっと＋するぐらいでできる • 記事を書きました https://zenn.dev/kinankomoti/articles/cff2efa809e8a0 • (著者の人がいるので直接聞いてください)

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1 0 / 1 3 / 2 0 2 4 28 Fast Multiple Scattering Approximation • Multiple Scatteringの近似式を導いた手法 • Closedな式で提供(わりとシンプル) • 通常のSingle Scatteringに補正項を加える • 実装については以前記事を書きました https://kinakomoti321.hatenablog.com/entry/2023 /12/29/185730

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1 0 / 1 3 / 2 0 2 4 29 Fast Multiple Scattering Approximation • 2次光までを考慮している • Ground Truthと比べると割と近い感じになっている

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1 0 / 1 3 / 2 0 2 4 30 VMF Diffuse : A unified rough diffuse BRDF • Roughnessを持つDiffuse BRDFを提案 • 砂のような粒状のLambertian Sphereを考えることで求めている • ShaderToyで実装している人がいました(高次光の式も含めて) https://www.shadertoy.com/view/MXKSWW

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1 0 / 1 3 / 2 0 2 4 31 VMF Diffuse : A unified rough diffuse BRDF • 実装はえげつない近似式を書けばOK • 特にBRDF以外は何も必要がないはず

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1 0 / 1 3 / 2 0 2 4 32 Interactive Rendering of Caustics using Dimmension Rendering for Manifold Next-Event Estimation • Coplanarity 条件というものを用いて、Causticsのパス探索の次元を減らした手法 • 1回屈折, 1回反射によるCausticsのレンダリングが可能 • Triangle内の探索アルゴリズムの実装は Houdiniで実装したのがあるので興味がある人はどうぞ (あっているかはわかりません)

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1 0 / 1 3 / 2 0 2 4 33 Interactive Rendering of Caustics using Dimmension Rendering for Manifold Next-Event Estimation • Coplanarity (同一平面)条件屈折反射において入射、出射ベクトル、法線は同一平面上に存在する必要がある P : Diffuse点 M : サーフェイス点 L : Light点 N_m : Mの法線 • Causticsのパスは少なくともこの条件を満たす • Coplanarity条件を満たす曲線上で探索

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1 0 / 1 3 / 2 0 2 4 34 Interactive Rendering of Caustics using Dimmension Rendering for Manifold Next-Event Estimation • TriangleにおいてCoplanarityを満たす重心座標(α, β)は

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1 0 / 1 3 / 2 0 2 4 35 Interactive Rendering of Caustics using Dimmension Rendering for Manifold Next-Event Estimation • これを展開するとConicの式が出てくる • この曲線に沿って探索を行っていく

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2 0 2 4 / 1 0 / 1 3 36 Interactive Rendering of Caustics using Dimmension Rendering for Manifold Next-Event Estimation • 実際の探索は次のtangentとRefractionVectorで表現される符号を使う • この正負が反転する境界点がCausticsパスの解となる • Triangleを移動したり、分割したりして境界点を探索する

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2 0 2 4 / 1 0 / 1 3 37 Interactive Rendering of Caustics using Dimmension Rendering for Manifold Next-Event Estimation • 注意点 • ちょっと数式のミスがある • 式(22),(23)の係数が間違ってる (22) D -> E (23) C - > D • Conic Matrix Mの定義は多分次のようなやつあとこれ多分縦ベクトルこれは3次元ベクトルのはず(z=0と思われ)