Distributed rendering on CPU/GPU clusters and global illumination effects

• Auteur / Autrice : Vincent Vivanloc
• Direction : Mathias Paulin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Éclairage

Infographie

Temps réel (informatique)

Mots clés libres

Rendu temps réel

Eclairage global

Cache de radiance

Rendu distribué

Réflexions

Mur d'écran

Haute résolution

Résumé

Le prototypage virtuel et l'aide à la revue de projet requièrent un rendu réaliste en temps réel. Cela amène deux axes de recherches, d'une part, le rendu temps réel d'effets d'éclairage indirect et d'autre part, le rendu distribué temps réel à haute résolution. Simuler des effets d'éclairage global permet d'améliorer la qualité d'une image de synthèse produite par rastérisation. Nous nous sommes intéressés à l'éclairage indirect et aux réflexions spéculaires. Sur des éclairages à basse fréquence, le rendu de l'éclairage indirect peut être mis à jour en temps réel. Pour une gamme plus large de fréquences, le rendu de l'éclairage direct reste réservé à des scènes statiques. En effet, ce dernier cas nécessite des temps de calcul élevés ou une paramétrisation complexe de la géométrie. Notre approche reconstruit rapidement un éclairage global à partir d'une carte de photons sans paramétrisation préalable. La carte de photons est simplifiée sous la forme d'un octree de lumières directionnelles virtuelles. L'éclairage est alors évalué par la carte graphique afin de permettre une navigation en temps réel dans une scène sous éclairage indirect. Nous avons ensuite étudié un moyen d'améliorer le calcul des réflexions spéculaires en temps réel en rastérisation, afin de s'affranchir d'une simulation coûteuse en lancer de rayon. En rastérisation, les réflexions calculées ne sont exactes que pour des éléments réfléchis situés à l'infini. Les solutions existantes tentent de construire des réflexions en champ proche, cependant elles reposent sur des hypothèses trop simplificatrices, ce qui limite le champ d'application à un nombre restreint de topologies de scène. Nous avons alors défini une méthode basée sur une recherche itérative afin d'obtenir une réflexion plausible pour des éléments proches. Toutefois, le gain de précision obtenu s'accompagne de phénomènes de désoccultations causés par le mouvement apparent lié à la parallaxe. Ces problèmes sont limités, en partie, par une reconstruction locale de la géométrie par notre tampon de géométrie projetée. De nombreuses solutions existantes permettent d'afficher des rendus temps réel à des résolutions élevées. Toutefois, les solutions matérielles souffrent d'une obsolescence rapide et ne présentent qu'une montée en charge limitée. Par contre, les distributions logicielles s'avèrent plus souples, mais n'offrent que des rendus sommaires. . .

Virtual Prototyping and design review require realistic real time rendering. This brings two research axes: on one hand, a real time rendering of indirect illumination effects and on the other hand, a real time distributed high resolution rendering. Simulating global illumination effects provide a sensible improvement over computer graphics currently generated by rasterisation. We were involved in indirect lighting and specular reflection rendering. Render indirect illumination is now possible for low frequency lightings. For broader frequencies, the indirect illumination rendering is limited to static scenes. This latter case requires a long preprocessing time or a lengthy mesh parametrisation. Our contribution consists in a fast reconstruction of global illumination from a photon map without any required parameterisation. The photon map is then simplified into an octree of virtual directional lights. The radiance is therefore evaluated on the fly by a graphic card to provide a real time navigation into a global illuminated scene. We also try to improve the quality of specular reflections in rasterisation to avoid a costly raytracing simulation. Indeed, rasterised reflexion are only valid for reflected items located at infinity. Thus, the quality improvement of existing solutions relies on over simplified hypothesis on scene topology. Therefore, we devised a method based on an iterative search to provide a plausible solution for near reflexions. However, the obtained accuracy is followed by some parallax phenomenon. This problem is partly limited by a local reconstruction of geometry by our projected geometry buffer. A lot of existing solutions provide high resolution real time displays. In one hand, distributed rendering hardware suffer from a fast obsolescence and have only a limited scalability. In the other hand, software distribution are more extensibility but are stuck to rough renderings. However, modifying these solutions in order to improve the quality of the rendered pictures with multipass shaders is relatively difficult : legacy software interlaces the rendering procedures with the data distribution algorithms. On the contrary, a modular architecture might improve the re-usability of a distributed system; the development of rendering methods becomes independent from any data distribution code. This is what HiD2RA tries to provide, assisted by its meta scenegraph. This implementation of remote proxy design pattern offers an extensible interface for the development of real time high quality rendering applications on display walls.