Syntéza obrazu pro virtuální realitu ve vysokém rozlišení s využitím změřených dat odrazivosti

Abstract

Práce se zaměřuje na implementaci real-time rendereru určeného pro náhlavní soupravu virtuální reality XTAL 8K, umožňující zkoumání vizuálních vlastností povrchů 3D objektů reprezentovaných komprimovanými BTF daty. Renderer je založen na dekompresi BTF dat v reálném čase vycházející z řešení, které prezentoval Havran et al. v roce 2010. Renderer byl implementován s využitím tří různých GPU technologií (GLSL, CUDA a OpenCL), což umožňuje jejich porovnávání za běhu aplikace z hlediska výkonu a kvality výstupního obrazu . Pro zlepšení vizuálního dojmu byla aplikace doplněna o metodu aproximace osvětlení okolím, kterou prezentoval Pharr et al. v roce 2004. Metoda byla dále rozšířena o způsob progresivního vykreslování umožňující výpočet osvětlení pro stovky směrových světel při zachování interaktivní snímkové frekvence. Pro možnost jednoduchého ovládání v rámci virtuální reality bylo implementováno ovládání s využitím ovladače Wiimote, doplněné o grafické rozhraní (GUI), které interakci dále usnadňuje a zpřehledňuje. Výsledkem je interaktivní aplikace umožňující zkoumání 3D objektů z různorodých materiálů za libovolných světelných podmínek a směru pohledu. Aplikaci je možné využívat jak s náhlavní soupravou XTAL 8K vyznačující se vysokým rozlišením obrazu, tak i s využitím klasického monitoru.

The work focuses on the implementation of a real-time renderer targeted for high-resolution Virtual Reality headset XTAL 8K, enabling the examination of various 3D object surface appearances represented by compressed BTF data.The renderer exploits real-time BTF decompression based on the solution presented by Havran et al. in 2010. The renderer was implemented using three distinct GPU technologies (GLSL, CUDA, and OpenCL), enabling their run-time comparison in terms of performance and rendered image visual quality. An approximation method of image based lighting using an environment map, presented by Pharr et al. in 2004, was implemented to enhance the final visual quality. The method was further extended by a progressive rendering approach enabling BTF evaluation using hundreds of virtual directional lights, while in most cases maintaining 60+ frames per second for the best performing renderer. A control system consisting of a Wiimote controller was implemented together with GUI to enable intuitive interaction with the application when a VR headset is used. As a result, an interactive high-resolution VR renderer is available, allowing to examine various BTF materials under various lighting and view conditions.