Comparative Evaluation of Glossy Surface Shading Using Object-Space Lighting and Screen-Space Shading

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Perustieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Date
2018-06-18
Department
Major/Subject
Computer Science
Mcode
SCI3042
Degree programme
Master’s Programme in Computer, Communication and Information Sciences
Language
en
Pages
117 + 6
Series
Abstract
The field of computer graphics places a premium on obtaining an optimal balance between the fidelity of visual of representation and the performance of rendering. The level of fidelity for traditional shading techniques that operate in screen-space is generally related to the screen resolution and thus the number of pixels that we render. Special application areas, such as stereo rendering for virtual reality head-mounted displays, demand high output update rates and screen pixel resolutions which can then lead to significant performance penalties. This means that it would be beneficial to utilize a rendering technique which could be decoupled from the output update rate and resolution, without too severely affecting the achieved rendering quality. One technique capable of meeting this goal is that of performing a 3D model's surface shading in an object-specific space. In this thesis we have implemented such a shading method, with the lighting computations over a model's surface being done on a model-specific, uniquely parameterized texture map we call a light map. As the shading is computed per light map texel, the costs do not depend on the output resolution or update rate. Additionally, we utilize the texture sampling hardware built into the Graphics Processing Units ubiquitous in modern computing systems to gain high quality anti-aliasing on the shading results. The end result is a surface appearance that is expected to theoretically be close to those resulting from highly supersampled screen-space shading techniques. In addition to the object-space lighting technique, we also implemented a traditional screen-space version of our shading algorithm. Both of these techniques were used in a user study we organized to test against the theoretical expectation. The results from the study indicated that the object-space shaded images are perceptually close to identical compared to heavily supersampled screen-space images.

Tietokonegrafiikan alalla optimaalisen tasapainon saavuttaminen kuvanlaadun ja laskentanopeuden välillä on keskeisessä asemassa. Perinteisillä, kuvaruuduntilassa toimivilla valaistusalgoritmeilla kuvanlaatu on tyypillisesti riippuvainen käytetyn piirtoikkunan erottelutarkkuudesta ja näin ollen kuvaelementtien kokonaismäärästä. Tietyt sovellusalueet, kuten stereopiirtäminen keinotodellisuussovelluksille, edellyttävät korkeata ruudunpäivitystaajuutta sekä erottelutarkkuutta, mikä taas johtaa laskentatehovaatimusten kasvuun. Näin ollen on tarkoituksenmukaista hyödyntää algoritmeja, joissa valaistuslaskenta saataisiin erotettua näistä ominaisuuksista ilman merkittävää kuvanlaadun heikkenemistä. Yksi algoritmikategoria, joka täyttää nämä asetetut vaatimukset on valaistuslaskenta 3D-mallikohtaisessa tilassa. Tämän diplomityön puitteissa olemme toteuttaneet tähän kategoriaan lukeutuvan valaistusalgoritmin, jossa valaistuslaskenta suoritetaan mallikohtaisella, yksikäsitteisesti parametrisoidulla tekstuurikartalla. Tämä tarkoittaa, että valaistuslaskennasta koituvat suorituskykykustannukset eivät ole riippuvaisia aiemmin mainituista ruudun ominaisuuksista. Valaistuslaskenta yksilöllisiin tekstuurikarttoihin mahdollistaa näytönohjaimiin sisäänrakennetun teksturointilaitteiston käyttämisen korkealaatuiseen valaistustulosten suodattamiseen. Lopputuloksena saavutetaan piirretty kuva, jonka teoreettisesti oletetaan olevan laadultaan lähellä merkittävästi ylinäytteistettyä ruuduntilan valaistusalgoritmeille saavutettuja tuloksia. Mallikohtaisen tilan valaistusalgoritmin lisäksi toteutimme perinteisen ruuduntilan valaistusalgoritmiversion. Molempia toteutuksia käytettiin järjestämässämme käyttäjätestissä, jonka tavoitteena oli testata toteutuuko mainittu teoreettinen oletus käytännössä. Käyttäjätestin tulokset viittasivat vahvasti oletuksen pätevyyteen, käyttäjien kokonaisvaltaisesti kokien ylinäytteistetyn perinteisen valaistuslaskennan tulokset lähes identtisiksi mallintilan valaistuslaskennan tuloksiin.
Description
Supervisor
Lehtinen, Jaakko
Thesis advisor
Lehtinen, Jaakko
Keywords
computer graphics, real-time rendering, object-space lighting, texture-space shading, user study
Other note
Citation