Ray Tracing Acceleration Techniques A Survey of Ray Tracing Acceleration Techniques James Arvo et David Kirk Ray Tracing on Programmable Graphics Hardware.

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1 Ray Tracing Acceleration Techniques A Survey of Ray Tracing Acceleration Techniques James Arvo et David Kirk Ray Tracing on Programmable Graphics Hardware Timothy.J.Purcell, Ian Buck, Willian.R.Mark, Pat Hanrahan DESS IMM :Duberga Jean-Christophe et Perier Christophe

2 Ray Tracing Acceleration Techniques Problématique: Le lancé de rayons est réputé comme une méthode de rendu lente, lécartant des méthodes de rendu en temps réel.

3 Ray Tracing Acceleration Techniques Plan : I) Techniques daccélération générales. 1) hiérarchie sur les volumes 2) subdivision de lespace 3) Réduction du nombre de rayons - Light Buffer - Ray Coherence - Ray Classification II) Accélération Hardware (Vertex et Pixel Shader). 1) Tirer parti de larchitecture parallèle des GPU 2) Contraintes engendrées par les GPU 3) Exemple dimplémentation III) Conclusion.

4 Ray Tracing Acceleration Techniques Évaluation de la complexité dun Ray tracer : n * B + m * I n: Nombre de rayons testés contre le volume englobant m: Nombre de rayons qui touche le volume englobant B: coût de chaque test dintersection I: coût de lintersection

5 Ray Tracing Acceleration Techniques Comment réduire le nombre de tests dintersection entre les rayons et les volumes ?

6 Ray Tracing Acceleration Techniques - Bounding Box associée au modèle. - Découpage de lespace (Octree,BSP…).

7 Ray Tracing Acceleration Techniques Convex Hulls: - Donne lenveloppe convexe dun objet - Cest une décomposition unique - Cest la plus petite.

8 Ray Tracing Acceleration Techniques Découpage de lespace : -Subdivision uniforme de lespace

9 Ray Tracing Acceleration Techniques Découpage de lespace : -Subdivision non uniforme de lespace

10 Ray Tracing Acceleration Techniques Comparaisons : Uniforme : loin dêtre optimal, mais simple à construire Non uniforme : plus optimal et à peine plus compliqué

11 Ray Tracing Acceleration Techniques Deux problèmes : -Un objet peut intersecter plusieurs voxels. - On peut réduire le nombre de tests ! (Algo de la Mailing Box) -On peut oublier des dobjets. - Il faut tester si lintersection se trouve dans le voxel courant !

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13 Directional techniques: - Direction Cube - Ray coherence - Light Buffer - Ray classification

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16 Accélération Hardware (Vertex et Pixel Shader). 1) Tirer parti de larchitecture parallèle des GPU : Les calculs sur les rayons sont relativement cours mais très nombreux. On pourrait donc imaginer de les exécuter en parallèle grâce à larchitecture en pipeline des cartes graphiques.

17 Ray Tracing Acceleration Techniques Accélération Hardware (Vertex et Pixel Shader). 2) Contraintes engendrées par les GPU : Les GPU sont très spécialisés, ils ont donc un très petit jeu dinstructions et ne supportent pas les branchements (pour linstant) Les structures de données sont restreintes (Vertex, Texture…), il ny a pas de structure prévue pour les voxels ou les rayons.

18 Ray Tracing Acceleration Techniques Accélération Hardware (Vertex et Pixel Shader). 3) Exemple dimplémentation Timothy.J.Purcell, Ian Buck, Willian.R.Mark et Pat Hanrahan proposent une méthode pour implémenter un ray tracer dans un programme de Pixel Shader qui sera donc exécuté sur la carte graphique et tirera parti de son architecture parallèle.

19 Ray Tracing Acceleration Techniques Accélération Hardware (Vertex et Pixel Shader).

20 Ray Tracing Acceleration Techniques Accélération Hardware (Vertex et Pixel Shader). Organisation des structures de données (tenant compte des contraintes vues précédemment)

21 Ray Tracing Acceleration Techniques Accélération Hardware (Vertex et Pixel Shader). Deux versions du programme : - Version avec boucle en une seule passe. - Version sans boucle en multi passes.

22 Ray Tracing Acceleration Techniques Accélération Hardware (Vertex et Pixel Shader).

23 Ray Tracing Acceleration Techniques Conclusion : Le lancé de rayons en temps réel, bientôt une réalité ? Wald et al. 20M tri/sec sur un PIII 800Mhz Carr. Et al. 114M tri/sec sur ATI 8500 (nbre entiers) Dans ce papier: 56M tri/sec sans branchements 220M tri/sec avec branchements Il reste le problème des scènes dynamiques.