Adaptive methods for photorealistic image synthesis

Abstract

Fotogerçekçi imaj sentezlemede kullanılan ışık yayılımı simülasyonu algoritmalarında verimli örnekleme çözülememiş bir problemdir. Bu tezde öncelikle ışık yayılımı simülasyonunun temellerini ve verimli örneklemeye engel olan zorlukları açıklıyoruz. Bu zorluklara çare olmaya aday olan bir yaklaşım olan uyarlanabilir önem örnekleme üzerinde duruyoruz. Bunun için, daha önce yayınlanmış, uyarlanabilir önem örneklemeyi mümkün kılan ışık yolu yöneltme metodlarını inceliyoruz. Bu yöneltme metodlarının çoğunun sadece sahne yüzeylerindeki noktalara gelen radyansı yaklaşık olarak değerlendirdiği ve bu yaklaşık değere göre örnekler oluşturduğunu belirtiyoruz. Bu yaklaşım, ışığı her yöne dağıtan yüzeyler için göreceli olarak iyi çalışsa da, bu yolla oluşturulan örnekler parlak yüzeyler için işe yaramaz hale gelebiliyor, çünkü parlak materyaller bakış açısına bağlı olduğundan, gelen ışığın sadece belli bir kısmı yansıyor. Bu tezde, daha önce yayınlanmış ağaç tabanlı bir yöneltme metoduna, bakış açısına bağlı ışık yayılımını hesaba katması için yapılan basit bir ilaveyi sunuyoruz. Önceki metodda olduğu gibi, sahne uzayı uyarlamalı olarak bölgelere bölünüyor. Her bölgeye, gelen radyansı kaydeden bir dörtlü ağaç iliştiriliyor. Bizim metodumuzda bu dörtlü ağaçlar sadece ışığı her yöne dağıtan yüzeyler için kullanılıyor. Ek olarak, her bölgeye, bakış yönlerinin uzayını bölen, ve gelen radyansı kaydeden dörtlü ağaçlar içeren bir dörtlü ağaç iliştiriyoruz. Bu dörtlü ağaçlar da parlak yüzeyler için kullanılıyor. Yaptığımız ilaveyle, çok sayıda parlak yüzey bulunduran sahnelerde iyileşmeler ve bakış açısına bağlı ışık yayılımı bulundurmayan sahnelerde asgari düzeyde ek hafıza kullanımı gözlemliyoruz.

Efficient sampling in light transport simulation algorithms used for photorealistic image synthesis remains an unsolved problem. In this thesis, we first explain the basics of light transport simulation and main challenges that prevent efficient sampling. We emphasize adaptive importance sampling, which is a promising approach to overcome these challenges. Thus, we review previously published light path guiding methods that enable adaptive importance sampling. We state that most of these guiding methods only approximate incident radiance at points of scene's surfaces and generate samples according to this approximation. This approach works relatively well for diffuse surfaces. However, samples generated in this way at points on glossy surfaces may become invalid, since only a subset of incident light is reflected as glossy materials are view-dependent. In this thesis, we propose a simple extension to a previous tree-based guiding method to make it aware of view-dependent light transport. As in the previous work, spatial domain of the scene is adaptively partitioned into regions. To each of these regions, a quadtree that records incident radiance is attached. In our method these quadtrees are used only for diffuse surfaces. We attach to each spatial region an additional quadtree that partitions the space of view directions and stores quadtrees that record incident radiance. These quadtrees are then used for glossy surfaces. With our extension, we observe improvements in scenes with many glossy surfaces and minimal memory overhead in scenes without view-dependent light transport.