Produzir imagens de alta qualidade por computador, no menor tempo possível, que sejam convincentes ao público alvo, utilizando-se de maneira ótima todos os recursos computacionais à disposição, é uma tarefa que envolve uma cadeia de processos específicos, sendo um grande desafio ainda nos dias de hoje. O presente trabalho apresenta um estudo sobre toda esta cadeia de processos, com foco na avaliação de métodos de Iluminação Global empregados na Síntese de Imagens fotorrealistas para as áreas de Animação e Efeitos Visuais. Com o objetivo de auxiliar o usuário na tarefa de produzir imagens fotorrealistas de alta qualidade, foram realizados experimentos envolvendo diversas cenas de teste e seis métodos de Iluminação Global do Estado da Arte: Path Tracing, Light Tracing, Bidirectional Path Tracing, Metropolis Light Transport, Progressive Photon Mapping e Vertex Connection and Merging. O sintetizador escolhido para execução do experimento foi o Mitsuba Renderer. Para avaliação da qualidade dos resultados, duas métricas perceptuais foram adotadas: o Índice de Similaridade Estrutural SSIM e o Previsor de Diferenças Visuais HDR-VDP-2. A partir da avaliação dos resultados, foi construído um Guia de Recomendações para o usuário, indicando, com base nas características de uma cena arbitrária, o método de Iluminação Global mais adequado para realizar a síntese das imagens. Por fim, foram apontados caminhos de pesquisa para trabalhos futuros, sugerindo o emprego de classificadores, métodos de redução de parâmetros e Inteligência Artificial a fim de automatizar o processo de produção de imagens fotorrealistas e de alta qualidade. / The task of generating high quality computer images in the shortest time possible, believable to the targets audience perception, using all computational resources available, is still a challenging procedure, composed by a chain of specific processes. This work presents a study of this chain, focusing on the evaluation of Global Illumination methods used on the Synthesis of Photorealistic Images, in the areas of Animation and Visual Effects. To achieve the goal of helping users to produce high-quality photorealistic images, two experiments were proposed containing several test scenes and six State-of-the-Art Global Illumination methods: Path Tracing, Light Tracing, Bidirectional Path Tracing, Metropolis Light Transport, Progressive Photon Mapping and Vertex Connection and Merging. In order to execute the tests, the open source renderer Mitsuba was used. The quality of the produced images was analyzed using two different perceptual metrics: Structural Similarity Index SSIM and Visual Difference Predictor HDR-VDP-2. By analyzing results, a Recommendation Guide was created, providing suggestions, based on an arbitrary scenes characteristics, of the most suitable Global Illumination method to be used in order to synthesize images from the given scene. In the end, future ways of research are presented, proposing the use of classifiers, parameter reduction methods and Artificial Intelligence, in order to build an automatic procedure to generate high quality photorealistic images.

Produzir imagens de alta qualidade por computador, no menor tempo possível, que sejam convincentes ao público alvo, utilizando-se de maneira ótima todos os recursos computacionais à disposição, é uma tarefa que envolve uma cadeia de processos específicos, sendo um grande desafio ainda nos dias de hoje. O presente trabalho apresenta um estudo sobre toda esta cadeia de processos, com foco na avaliação de métodos de Iluminação Global empregados na Síntese de Imagens fotorrealistas para as áreas de Animação e Efeitos Visuais. Com o objetivo de auxiliar o usuário na tarefa de produzir imagens fotorrealistas de alta qualidade, foram realizados experimentos envolvendo diversas cenas de teste e seis métodos de Iluminação Global do Estado da Arte: Path Tracing, Light Tracing, Bidirectional Path Tracing, Metropolis Light Transport, Progressive Photon Mapping e Vertex Connection and Merging. O sintetizador escolhido para execução do experimento foi o Mitsuba Renderer. Para avaliação da qualidade dos resultados, duas métricas perceptuais foram adotadas: o Índice de Similaridade Estrutural SSIM e o Previsor de Diferenças Visuais HDR-VDP-2. A partir da avaliação dos resultados, foi construído um Guia de Recomendações para o usuário, indicando, com base nas características de uma cena arbitrária, o método de Iluminação Global mais adequado para realizar a síntese das imagens. Por fim, foram apontados caminhos de pesquisa para trabalhos futuros, sugerindo o emprego de classificadores, métodos de redução de parâmetros e Inteligência Artificial a fim de automatizar o processo de produção de imagens fotorrealistas e de alta qualidade. / The task of generating high quality computer images in the shortest time possible, believable to the targets audience perception, using all computational resources available, is still a challenging procedure, composed by a chain of specific processes. This work presents a study of this chain, focusing on the evaluation of Global Illumination methods used on the Synthesis of Photorealistic Images, in the areas of Animation and Visual Effects. To achieve the goal of helping users to produce high-quality photorealistic images, two experiments were proposed containing several test scenes and six State-of-the-Art Global Illumination methods: Path Tracing, Light Tracing, Bidirectional Path Tracing, Metropolis Light Transport, Progressive Photon Mapping and Vertex Connection and Merging. In order to execute the tests, the open source renderer Mitsuba was used. The quality of the produced images was analyzed using two different perceptual metrics: Structural Similarity Index SSIM and Visual Difference Predictor HDR-VDP-2. By analyzing results, a Recommendation Guide was created, providing suggestions, based on an arbitrary scenes characteristics, of the most suitable Global Illumination method to be used in order to synthesize images from the given scene. In the end, future ways of research are presented, proposing the use of classifiers, parameter reduction methods and Artificial Intelligence, in order to build an automatic procedure to generate high quality photorealistic images.

BARRETO, Isaac Moreira. Cálculo do fator-de-forma exato entre áreas diferencial e finita usando CSG. 2008. 62 f. Dissertação (Mestrado em ciência da computação)- Universidade Federal do Ceará, Fortaleza-CE, 2008. / Submitted by Elineudson Ribeiro (elineudsonr@gmail.com) on 2016-07-11T16:45:40Z No. of bitstreams: 1 2008_dis_imbarreto.pdf: 752627 bytes, checksum: 2c1a97d41785e527e97633cc6c7e9756 (MD5) / Approved for entry into archive by Rocilda Sales (rocilda@ufc.br) on 2016-07-18T13:45:29Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2008_dis_imbarreto.pdf: 752627 bytes, checksum: 2c1a97d41785e527e97633cc6c7e9756 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-18T13:45:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2008_dis_imbarreto.pdf: 752627 bytes, checksum: 2c1a97d41785e527e97633cc6c7e9756 (MD5) Previous issue date: 2008 / The Ray-Tracing and Radiosity methods are the main representatives of the method that solve the global illumination problem. In both mthods it is necessary to know the energy tranfer ratio between two areas. This ratio, called form factor, is one of the key concepts in Radiosity methods and is being more frequently used in Ray-Tracing methods with finite area light sources. There are many methods for the computation of the form factor, most of them are approximative due to a matter of performance, but, in some specific cases, the extra computational effort needed to compute the exact value of the form factor can improve the overall performance of the illumination method. In general, in these cases, the computational effort needed to obtain an acceptable approximation of the form factor outweighs the effort necessary to compute the exact value. Furthermore there are situation, for example, shadow boundary shading, in which a high precision is far more important than a performance gain. In this work we present a method to compute the exact form factor between a finite area and a differential area which uses CSG techniques to identify the ooccluded areas of the source. / Os métodos de Ray-Tracing e Radiosidade são os principais representantes dos métodos existentes para resolver o problema de iluminação global. Em ambos os métodos se faz necessário saber a taxa de transferência de energia luminosa entre duas áreas. Essa taxa de transferência, chamada de fator-de-forma, é um dos pontos principais no método de Radiosidade e vem sendo usado cada vez com mais frequência em métodos de Ray-Tracing com fontes luminosas de área finita. Existem vários métodos para o cálculo do fator-de-forma, a maioria deles são aproximativos por uma questão de desempenho. Porém, em casos específicos, o trabalho extra para calcular o valor exato do fator-de-forma pode melhorar o desempenho global do método. Em geral, nesses casos, o esforço necessário para se obter uma aproximação aceitável do valor do fator-de-forma supera o esforço necessário para calcular o valor exato em si. Além disso, existem situações, tais como a renderização nas áreas de fronteiras de sombras, em que uma alta precisão é mais importante do que um ganho no desempenho. Nessas situações, é desejável que o método tenha ao seu dispor uma maneira de calcular o valor exato do fator-de-forma. Neste trabalho é apresentado um método para calcular o fator-de-forma exato entre uma área finita e uma área diferencial que utiliza de técnicas CSG para identificar as áreas ocluídas do polígono emissor.

BARRETO, Isaac Moreira. Cálculo do Fator-de-Forma exato entre Áreas Diferencial e Finita Usando CSG. 2008. 55 f. : Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Ceará, Centro de Ciências, Departamento de Computação, Fortaleza-CE, 2008. / Submitted by guaracy araujo (guaraa3355@gmail.com) on 2016-07-01T17:52:27Z No. of bitstreams: 1 2008_dis_imbarreto.pdf: 752627 bytes, checksum: 2c1a97d41785e527e97633cc6c7e9756 (MD5) / Approved for entry into archive by guaracy araujo (guaraa3355@gmail.com) on 2016-07-01T17:56:22Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2008_dis_imbarreto.pdf: 752627 bytes, checksum: 2c1a97d41785e527e97633cc6c7e9756 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-01T17:56:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2008_dis_imbarreto.pdf: 752627 bytes, checksum: 2c1a97d41785e527e97633cc6c7e9756 (MD5) Previous issue date: 2008 / The Ray-Tracing and Radiosity methods are the main representatives of the method that solve the global illumination problem. In both mthods it is necessary to know the energy tranfer ratio between two areas. This ratio, called form factor, is one of the key concepts in Radiosity methods and is being more frequently used in Ray-Tracing methods with finite area light sources. There are many methods for the computation of the form factor, most of them are approximative due to a matter of performance, but, in some specific cases, the extra computational effort needed to compute the exact value of the form factor can improve the overall performance of the illumination method. In general, in these cases, the computational effort needed to obtain an acceptable approximation of the form factor outweighs the effort necessary to compute the exact value. Furthermore there are situation, for example, shadow boundary shading, in which a high precision is far more important than a performance gain. In this work we present a method to compute the exact form factor between a finite area and a differential area which uses CSG techniques to identify the ooccluded areas of the source. / Os métodos de Ray-Tracing e Radiosidade são os principais representantes dos métodos existentes para resolver o problema de iluminação global. Em ambos os métodos se faz necessário saber a taxa de transferência de energia luminosa entre duas áreas. Essa taxa de transferência, chamada de fator-de-forma, é um dos pontos principais no método de Radiosidade e vem sendo usado cada vez com mais frequência em métodos de Ray-Tracing com fontes luminosas de área finita. Existem vários métodos para o cálculo do fator-de-forma, a maioria deles são aproximativos por uma questão de desempenho. Porém, em casos específicos, o trabalho extra para calcular o valor exato do fator-de-forma pode melhorar o desempenho global do método. Em geral, nesses casos, o esforço necessário para se obter uma aproximação aceitável do valor do fator-de-forma supera o esforço necessário para calcular o valor exato em si. Além disso, existem situações, tais como a renderização nas áreas de fronteiras de sombras, em que uma alta precisão é mais importante do que um ganho no desempenho. Nessas situações, é desejável que o método tenha ao seu dispor uma maneira de calcular o valor exato do fator-de-forma. Neste trabalho é apresentado um método para calcular o fator-de-forma exato entre uma área finita e uma área diferencial que utiliza de técnicas CSG para identificar as áreas ocluídas do polígono emissor.

Orientadores: Anamaria Gomide, Jorge Stolfi / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-13T10:58:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pereira_DanilloRoberto_M.pdf: 891270 bytes, checksum: 71a9debc6a10f8de7083dd3e33c649a6 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: A geração de imagens fotorrealisticas e um desafio importante em computação gráfica. Um ingrediente critico para a obtenção do realismo esta o modelo de iluminação. Em 1986, Jim Kajiya apresentou uma equação integral que define o fluxo de luz (radiosidade) num ambiente de maneira precisa; contudo, ate recentemente, os métodos conhecidos para a resolução dessa equação tinham custo computacional e complexidade de implementação elevados. Em 2008, Jaako Lehtinen desenvolveu uma técnica relativamente simples e eficiente para o calculo da iluminação global em cenas virtuais, usando elementos finitos definidos por pontos de amostragem. Neste projeto de Mestrado, implementamos esse método, e comparamos o resultado usando três tipos diferentes de bases: uma base radial, uma base radial normalizada e uma base de Shepard. Alem da comparação visual, calculamos a radiosidade "exata" para uma cena simples e comparamos quantitativamente esse resultado com os resultados do método de Lehtinen com cada uma das três bases. / Abstract: The generation of realistic images is a major challenge in computer graphics. A critical ingredient for realistic rendering is the lighting model. In 1986, Jim Kajiya presented an integral equation that precisely defines the light flow (radiosity) in a virtual environment; however, until recently, the known methods for solving that equation had high computational cost and implementation complexity. In 2008, Jaako Lehtinen developed a relatively simple and efficient technique for the computation of global illumination in virtual scenes, using finite elements defined by sampling points. In this Masters project, we implemented that method, and compared the results using three different types of bases: a radial basis, a normalized radial basis, and a Shepard basis. Besides visual comparison, we computed the "exact" radiosity for a simple scene and compared quantitatively that result with the results obtained by Lehtinen's method with each of the three bases. / Mestrado / Computação Grafica / Mestre em Ciência da Computação