Interactief ray tracen van animaties van menselijke anatomie.

Thomas Loockxbegeleider: Ares Lagae

http://thomasloockx.blogspot.com

Thesispresentatie

   

Onderwerp

● Interactief ray tracen van dynamische scenes is moeilijk.

● Uitbuiten menselijke anatomie.

   

Waarom?

   

Ray Tracing

● “out­of­the­box” veel te traag.

● Versnellingsstructuur implementeren.

   

Statische Scenes

● Geometrie blijft onveranderd.– 1 versnellingsstructuur volstaat.– Tijd voor het berekenen van een 

versnellingsstructuur is geen issue.● We kunnen de tijd nemen voor het berekenen van een 

goede versnellingsstructuur.

   

Dynamische Scenes

● Geometrie verandert elk frame.– Elk frame een nieuwe of aangepaste 

versnellingsstructuur.– Maar X aantal tijd voor het berekenen van een 

versnellingsstructuur. [Wald2007b]● We moeten tevreden zijn met wat we kunnen bouwen in 

tijd X.

   

Menselijke Anatomie● Skelet

● Triangle mesh over elk bot van het skelet. (Skin)

● Globale beweging van het karakter (vb loopanimatie) – zeer uitgesproken (coherent motion) [Gunther2006b]

● Lokale beweging – zeer miniem (residual motion)

● Mappen op het menselijk lichaam. [Gunther2006a]

   

Methode (1)

● Over elk bot van het skelet een versnellingsstructuur bouwen voor de lokale vervorming.

● Fuzzy (loose) versnellingsstructuur

● 1 keer aan het begin van de animatie.

   

Methode (2)

● Over de boundingbox van elk bot een globale versnellingsstructuur bouwen.

● Deze structuur herbouwen voor elk frame.

   

Methode (3)

● Rays hierarchisch tracen door de structuur.– Eerst hit zoeken met een boundingbox over een 

bot.– Ray transformeren en tracen in de lokale 

versnellingsstructuur.

   

Methode (4)

   

Methode (5)

● Voordelen– Omdat we de ray transformeren kunnen we goede 

lokale structuren op voorhand berekenen, alleen de mesh vervormen elk frame.

– Globale versnellingsstructuur over weining primitieven.

– Eenvoudige methode.

● Nadelen– Een fuzzy structuur is minder efficiënt.– We moeten de animatie op vooraf kennen.

   

Relevante Literatuur● “Interactive Ray Tracing of Skinned Animations” van Günther, Friederich, Seidel & Slusallek. (2006) 

[Gunther2006a]

● “Ray Tracing Animated Scenes using Motion Decomposition” van Günther, Friederich, Wald, Seidel & Slusallek (2006) [Gunther2006b]

● “Ray Tracing Deformable Scenes Using Dynamic Bounding Volume Hierarchies” van Wald, Boulos &  Shirley (2007) [Wald2007a]

● “On fast Construction of SAH­based Bounding Volume Hierarchies” van Ingo Wald (2007) [Wald2007b]

● “On building fast kd­Trees for Ray Tracing and on doing that in O(N log N)” van Havran & Wald (2006) [Havran2006]

● “On imporving kd­trees for ray shooting” van Havran & Bittner (2002) [Havran2006]

● State of the Art in Ray Tracing Animated Scenes (2007) [Star2007]

● “Efficiency Issues for Ray Tracing” van Brian Smith (1999)  [Smith1999]

● “The Cal3d User's Guide” van Laurent Desmecht, Loic Dachary & Bruno Heidelberger (2001­2006) [Cal3d]

   

Planning 1e semester

● Begin kerstvakantie– SAH­BVH based ray tracing van animaties van 

menselijke anatomie [Wald2007b]– KD­Tree based ray tracing van animaties 

[Gunther2006a]– Vergelijking

   

Planning 2e semester

● Einde paasvakantie– Andere methoden onderzoeken dan fuzzy 

versnellingsstructuren.● Refitting● Partial rebuilds (vb. Aan de gewrichten)● Fast rebuilds

   

Onderzoek Cal3d

● Oorspronkelijk Character Animation Library voor het spel WorldForge

● C++ library voor skeleton based animations.● Integratie met mijn ray tracer nog niet gelukt.

   

Implementatie van een ray tracer.

● Single ray

● Single thread

● Diffuse shading

● Transformations

● Bounding Volume Hierarchy

– Equal partitioning

– Median split

– SAH­based (nog niet optimaal)

   

Plaatjes ...

<

   

Timings

Scene render time (s)build time (s)492 2 < 1

Classroom 9K 12 < 1Office 34K 8 < 1

Bunny 68K 4 < 1Soda 141K 12 < 1

Cabin 219K 17 1Armadillo 346K 4 1

Atrium 560K 1215 ?Conference 722L 14 4

Cruiser 3.6M 24 15Dragon 7.2M 5 24

Resolution 1024 x 1024 pixels

#trisUlm box