Globale Beleuchtung mit Cascaded Light Propagation Volumes in Echtzeit

Sebastian Kalkhoff, Bachelorarbeit

Diese Arbeit behandelt die Simulation des Lichttransportes im dreidimensionalen Raum unter Berücksichtigung der ersten Lichtreflexion in Echtzeit. Es werden verschiedene Verfahren untersucht und ein echtzeitfähiges Model implementiert.

Im Bereich der Computergrafik spielt Licht eine große Rolle. Besonders für photorealistische Darstellungen ist Licht ein wichtiger Faktor. Daher wurden im Laufe der Zeit viele Methoden entwickelt, um den Transport des Lichtes im dreidimensionalen Raum zu simulieren. Diese Verfahren fallen unter den Begriff Globale Beleuchtung. Die wohl bekannteste Lösung ist das Raytracing. Hier wird der Verlauf der Photonen einer Lichtquelle im Raum simuliert, so dass sich naturalistische Effekte, wie Spiegelung, Schattierung und indirekte Beleuchtung automatisch ergeben. Da eine solche Lösung, auf Grund der unglaublich hohen Anzahl von emittierten Photonen extrem komplex und rechenaufwändig ist, findet sie nur im Bereich des Offline Rendering Verwendung. Dort spielen Renderzeiten von mehreren Minuten pro Einzelbild keine große Rolle. Echtzeitanwendungen allerdings haben ein sehr begrenztes Budget von wenigen Millisekunden für diesen Vorgang, so dass solche Verfahren lange Zeit nicht möglich waren.


Mit der immer weiter steigenden Rechenleistung aktueller Grafikhardware öffnen sich allerdings neue Möglichkeiten einen Teil der globale Lichtausbreitung in Echtzeit zu simulieren. In den vergangenen Jahren wurde eine Vielzahl von Methoden entwickelt, die sich echtzeitfähigen Bildwiederholraten immer weiter annähern. Es besteht jedoch weiterhin das Problem diese Methoden praktikabel zu machen. Bei der Reduzierung des Rechenaufwandes muss trotzdem eine gewisse Qualität in Verbindung mit einem geringen Implementierungsaufwand gegeben sein.

Das Ziel dieser Arbeit ist eine echtzeitfähige Implementierung einer GI Methode für große, komplexe und dynamische Szenen, welche mindestens eine diffuse Lichtreflexion und deren Abschattung simuliert.