Upgrade to Pro
— share decks privately, control downloads, hide ads and more …
Speaker Deck
Features
Speaker Deck
PRO
Sign in
Sign up for free
Search
Search
Ray Tracing: Overview
Search
yumcyawiz
January 10, 2021
Programming
7
1.2k
Ray Tracing: Overview
lecture slides
yumcyawiz
January 10, 2021
Tweet
Share
More Decks by yumcyawiz
See All by yumcyawiz
rtcamp 10 (vk-illuminati)
yumcyawiz
1
270
ReSTIRの数理と実装 (rtcamp10)
yumcyawiz
1
780
fredholm(rtcamp9)
yumcyawiz
0
100
フォトンマッピングをパス空間から考える
yumcyawiz
0
370
fredholm
yumcyawiz
0
250
Introduction to volume rendering
yumcyawiz
0
2k
OSK#p-ray2020年度講義: 古典的レイトレーサーの実装
yumcyawiz
0
250
GLSLでパストレーシングしてコーネルボックスを出す
yumcyawiz
0
440
Pybind11でC++とPythonのいいとこ取りをする
yumcyawiz
0
890
Other Decks in Programming
See All in Programming
[JAWS-UG横浜 #76] イケてるアップデートを宇宙いち早く紹介するよ!
maroon1st
0
450
testcontainers のススメ
sgash708
1
120
rails stats で紐解く ANDPAD のイマを支える技術たち
andpad
1
290
急成長期の品質とスピードを両立するフロントエンド技術基盤
soarteclab
0
920
複雑な仕様に立ち向かうアーキテクチャ
myohei
0
170
create_tableをしただけなのに〜囚われのuuid編〜
daisukeshinoku
0
240
Stackless и stackful? Корутины и асинхронность в Go
lamodatech
0
630
良いユニットテストを書こう
mototakatsu
4
1.7k
Go の GC の不得意な部分を克服したい
taiyow
2
760
MCP with Cloudflare Workers
yusukebe
2
220
CSC305 Lecture 26
javiergs
PRO
0
140
useSyncExternalStoreを使いまくる
ssssota
6
1k
Featured
See All Featured
GraphQLの誤解/rethinking-graphql
sonatard
67
10k
Become a Pro
speakerdeck
PRO
26
5k
Gamification - CAS2011
davidbonilla
80
5.1k
The Art of Programming - Codeland 2020
erikaheidi
53
13k
Done Done
chrislema
181
16k
Evolution of real-time – Irina Nazarova, EuRuKo, 2024
irinanazarova
5
440
Practical Tips for Bootstrapping Information Extraction Pipelines
honnibal
PRO
10
810
The MySQL Ecosystem @ GitHub 2015
samlambert
250
12k
Typedesign – Prime Four
hannesfritz
40
2.4k
Testing 201, or: Great Expectations
jmmastey
40
7.1k
A designer walks into a library…
pauljervisheath
204
24k
How to Ace a Technical Interview
jacobian
276
23k
Transcript
Ray Tracing: overview 2021/01/10 OSK#p-ray Lecture01
What is Ray Tracing? レイトレーシングの概要
Ray Tracing • レイ(光線)を再帰的に追跡する計算手法のこと • 写実的なCGをレンダリングできる
Ray Tracingの例 写実的なCGをレンダリングできる
Ray Tracingの活用場面 • 映画 https://renderman.pixar.com/robot-room オフラインレンダリングではメジャーな手法
Ray Tracingの活用場面 • ゲーム https://www.nvidia.com/ja-jp/geforce/news/minecraft-with-rtx-beta-out-now-download-play/ 近年はリアルタイム向けにも活用され始めている
Ray Tracingの活用場面 • 光学設計 レンズ設計, 照明解析など
Ray Tracingの特徴 • 計算量が非常に多い • アルゴリズム自体はシンプル • 写実的なCGを出すには理論的な理解が必須 • こだわれるポイントが無限にある
→ 沼
Physically Based Rendering(PBR) 物理的に正しくレンダリングする
What is PBR? • 物理的に正しくレンダリングすること • 光の伝達を数式で記述, それの数値計算を行う PBRによって写実的なCGが生成できる
放射輝度 • ある点にある方向から来る光の強さを表す量 • CGではRGBで表されることが多い PBRで最も重要な物理量
レンダリング方程式 • ある1点から別の1点に移る光の流れを記述する積分方程式 PBRで最も重要な式 PBRとはレンダリング方程式の数値計算
レンダリング方程式 から に出る放射輝度 発光部分 与えられた方向にどれだけ反射するか (BRDF) 入射放射輝度 コサイン項 反射部分 から
に出る放射輝度 入射放射輝度 コサイン項 BRDF 半球全体 半球全体
レンダリング方程式の解 • ノイマン級数展開によって解を表すことができる • 次元積分の無限級数となる これを数値計算すれば写実的なCGが得られる 1回反射 2回反射 k回反射
Monte Carlo Ray Tracing レンダリング方程式の数値計算手法
レンダリング方程式の数値計算 • 高次元積分を含むため, 通常の数値積分は困難(次元の呪い) • モンテカルロ積分を利用する → Monte Carlo Ray
Tracing
モンテカルロ積分 • 被積分関数の評価点をランダムに生成し, 評価値/確率密度の平均を取る • 大数の法則により, サンプル数を増やせば求めたい積分値に収束 • 収束が遅い (
1 ) モンテカルロ積分
レンダリング方程式の数値計算 • パス ҧ = 0 1 ⋯ をランダムに生成してモンテカルロ積分 ≈
パスをいかにして生成するか?
Path Tracing • 視点からランダムに方向をサンプリングしていくことでパスを生成 • 光源に衝突しなかった場合は寄与が0
Next Event Estimation(NEE) • 光源上の点をサンプリングし, パスをその点とつなげる • パスが寄与を持ちやすくなる
Bidirectional Path Tracing(BDPT) • 視点と光源の両方からサブパスを生成し, それらを繋げてパスを作る • NEEの一般化
Metropolis Light Transport(MLT) • 寄与の大きいパスをMarkov Chain Monte Carlo(MCMC)を用いて重点的にサ ンプリング
Other Methods • Primary Sample Space Metropolis Light Transport(PSSMLT) •
Gradient Domain Path Tracing(GDPT) • Matrix Bidirectional Path Tracing(M-BDPT) • Stochastic Progressive Photon Mapping(SPPM) • Vertex Connection and Merging(VCM) • and more…
Related Technologies モンテカルロレイトレーシング周りの技術
Quasi Monte Carlo(QMC) • 準乱数を用いてモンテカルロ積分する方法 • 収束が通常のモンテカルロ積分より早い ( log )
Sobol列 QMC
BSDF • アーティストが操作しやすい様々なBSDF(BRDF + BTDF)が提案されている Physically-Based Shading at Disney, Brent
Burley, Walt Disney Animation Studios, 2012
Volume Rendering • 媒質内での光の吸収, 散乱, 発光も考慮したレンダリング https://github.com/sakanaman/kumo_viewer
Spectral Rendering • 物理的な波長を考慮してレンダリングする方法 • 光の分散を表現できる @sakanaoki181
Realistic Camera Model • 視点からのレイの生成にレンズを組み込む • 現実の写真レンズによる写り方を再現する
Bounding Volume Hierarchy(BVH) • レイとシーンの交差計算を効率化する空間分割法 • ポリゴンを含むようなシーンでは必須
The Latest Topics 最近の話題 https://www.minecraft.net/ja-jp/article/render-dragon-and-nvidia-ray-tracing
GPU Ray Tracing • Optix, Direct X Ray Tracing(DXR), Vulkan
Ray Tracing(VKR) • GPUの並列計算の強みを利用 • CPUより圧倒的に計算が早い https://devblogs.microsoft.com/directx/announcing-microsoft-directx-raytracing/
Realtime Ray Tracing • レイトレ専用回路を持つRTXの登場 • デノイザーと組み合わせることで部分的には実現している(e.g. Minecraft RTX) https://www.nvidia.com/ja-jp/geforce/news/minecraft-with-rtx-beta-out-now-download-play/
Path Guiding • 各点の入射放射輝度まで考慮した重点的サンプリング手法 • 機械学習の活用 https://github.com/Tom94/practical-path-guiding
Differentiable Rendering • シーンが微小に変化した時の放射輝度の変化を計算 • 機械学習と組み合わせることで, 画像からシーンの逆構築ができる (Inverse Rendering) https://mitsuba2.readthedocs.io/en/latest/src/inverse_rendering/diff_render.html
Thank you for listening.