The object of this work is to create software implementing two algorithms for global ilumination computing. Iradiance and radiance caching should be implemented in CUDA framework on graphics card (GPU). Parallel implementation on GPU should dramatically improve algoritm speed compared to CPU implementation. The software will be written using already done framework for global illumunation computation. That allow to focus to algorithm implementation only. This work should speed up testing of new or existing methods for global illumination computing, because saving and reusing of intermediate results can be used for other algorithms too. Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

The objective of this work is to create software implementing two algorithms for global ilumination computation. Iradiance and radiance caching should be implemented in CUDA framework on a graphics card (GPU). Parallel implementation on the GPU should improve algoritm speed compared to CPU implementation. The software will be written using an already done framework for global illumunation computation. That allows to focus on algorithm implementation only. This work should speed up testing of new or existing methods for global illumination computing, because saving and reusing of intermediate results can be used for other algorithms too. Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Le rendu réaliste est devenu essentiel dans l'industrie (cinéma, jeux vidéo, prototypage et design...). Cela nécessite de simuler l'interaction entre la lumière et les objets d'une scène 3D, un calcul connu sous le nom d'Illumination Globale et habituellement très coûteux en temps de calcul. Nous présentons une technique d'illumination globale combinant deux méthodes usuelles : les cartes de photons et le cache d'éclairement. Les cartes de photons ne dépendent pas de la vue, mais nécessitent une passe coûteuse appelée regroupement final. Le cache d'éclairement est plus rapide mais dépend de la vue : pour couvrir la scène entière, l'utilisateur doit placer manuellement plusieurs caméras dans la scène. Notre méthode exploite les avantages de chaque méthode, sans intervention de l'utilisateur. Elle génère un cache d'éclairement de qualité indépendant de la vue à partir d'une carte de photons, affichable interactivement. Nous étudions également une nouvelle approche pour réduire la variance inhérente aux méthodes de Monte Carlo. En règle générale, les emplacements des échantillons sont ignorés : deux échantillons proches se voient attribuer la même importance, bien qu'ayant probablement des valeurs similaires. L'approche bayésienne que nous proposons dans cette thèse utilise la valeur et la position des échantillons et se base sur un modèle probabiliste de l'intégrant pour inférer une valeur de l'intégrale. L'estimée bayésienne ne dépend que des échantillons, et non pas de la manière dont ils ont été choisis. Nous montrons que cette approche peut être appliquée au calcul du regroupement final et nous présentons des résultats démontrant l'intérêt du Monte Carlo Bayésien.

This thesis deals with practical implementation of photon mapping algorithm. To achieve better results some basic and some more advanced methods of global illumination has been examined. These time demanding algorithms are often practically unusable and their further optimization is necessary. Optimized ray tracer is essential for practical implementation. Computing diffuse interreflection by Monte Carlo sampling is also very time demanding operation. Therefore it is appropriate to use it along with proper interpolation.

Simuler efficacement l'éclairage global est l'un des problèmes ouverts les plus importants en infographie. Calculer avec précision les effets de l'éclairage indirect, causés par des rebonds secondaires de la lumière sur des surfaces d'une scène 3D, est généralement un processus coûteux et souvent résolu en utilisant des algorithmes tels que le path tracing ou photon mapping. Ces techniquesrésolvent numériquement l'équation du rendu en utilisant un lancer de rayons Monte Carlo. Ward et al. ont proposé une technique nommée irradiance caching afin d'accélérer les techniques précédentes lors du calcul de la composante indirecte de l'éclairage global sur les surfaces diffuses. Krivanek a étendu l'approche de Ward et Heckbert pour traiter le cas plus complexe des surfaces spéculaires, en introduisant une approche nommée radiance caching. Jarosz et al. et Schwarzhaupt et al. ont proposé un modèle utilisant le hessien et l'information de visibilité pour raffiner le positionnement des points de la cache dans la scène, raffiner de manière significative la qualité et la performance des approches précédentes. Dans ce mémoire, nous avons étendu les approches introduites dans les travaux précédents au problème du radiance caching pour améliorer le positionnement des éléments de la cache. Nous avons aussi découvert un problème important négligé dans les travaux précédents en raison du choix des scènes de test. Nous avons fait une étude préliminaire sur ce problème et nous avons trouvé deux solutions potentielles qui méritent une recherche plus approfondie. / Efficiently simulating global illumination is one of the most important open problems in computer graphics. Accurately computing the effects of indirect illumination, caused by secondary bounces of light off surfaces in a 3D scene, is generally an expensive process and often solved using algorithms such as path tracing or photon mapping. These approaches numerically solve the rendering equation using stochastic Monte Carlo ray tracing. Ward et al. proposed irradiance caching to accelerate these techniques when computing the indirect illumination component on diffuse surfaces. Krivanek extended the approach of Ward and Heckbert to handle the more complex case of glossy surfaces, introducing an approach referred to as radiance caching. Jarosz et al. and Schwarzhaupt et al. proposed a more accurate visibility-aware Hessian-based model to greatly improve the placement of records in the scene for use in an irradiance caching context, significantly increasing the quality and performance of the baseline approach. In this thesis, we extended similar approaches introduced in these aforementioned work to the problem of radiance caching to improve the placement of records. We also discovered a crucial problem overlooked in the previous work due to the choice of test scenes. We did a preliminary study of this problem, and found several potential solutions worth further investigation.