Datové struktury pro vrhání paprsku na mobilních zařízeních s OS Android

Abstract

Cílem této práce je nastudovat algoritmy umožňující rychlé vykreslování scén pomocí metody sledování paprsku a algoritmy pro rychlou stavbu akceleračních datových struktur, které by umožnily vykreslování dynamických scén v reálném čase na moderním mobilním zařízení s operačním systémem Android. Nejprve je proveden výzkum existujících Android aplikací, které vykreslují scény pomocí metody vrhání paprsku. Dále jsou zkoumány metody pro efektivní vykreslování pomocí vrhání paprsku a stavbu akceleračních datových struktur, které se pro toto vykreslování používají. V dalších kapitolách práce je předveden implementovaný vykreslovací systém, který je schopen vykreslovat scény v reálném čase, čehož je dosaženo využitím vícevláknového programování a nízkoúrovňových optimalizací kódu. Součástí tohoto systému je také algoritmus pro rychlou stavbu akcelerační datové struktury, u kterého je rovněž kladen důraz na optimalizaci, aby bylo možné datovou strukturu přestavovat v reálném čase. Výsledný software je otestován na sadě statických i dynamických scén na výkonném mobilním zařízení se systémem Android.

The aim of this thesis is to examine ray tracing methods and methods of fast building of acceleration data structures for ray tracing which would allow for rendering of dynamic three-dimensional scenes in real time on a contemporary mobile device with the Android operating system. First, research of existing ray tracing applicatons for Android is made, along with algorithms focused on high performance rendering using ray tracing and fast construction of acceleration data structures used in ray tracing. An implementation of a rendering system which can render scenes in real time, which is achieved by using multithreading and low-level code optimizations, is presented in the next chapters. A part of this system is also an acceleration data structure builder. The implementation of this builder also uses low-level optimizations in order to be able to rebuild the needed data structures in real time. The resulting software is tested on both static and dynamic scenes on a high-end device with the Android operating system.