En vanligt förekommande teknik för att påskynda sökningen av en skärpunkt i en 3d-scen är accelerationsstrukturer. Valet av accelerationsstruktur är ofta en avvägning mellan kort konstruktionstid och en struktur som effektivt påskyndar sökningen. I denna studie har två algoritmer undersökts för att se vilken som lämpar sig mest till användande inom interaktiva applikationer. Algoritmernas konstruktionstid, skalbarhet och resulterande effektivitet har studerats i sex scener. Av de två algoritmer som utvärderats tyder resultaten på att Linear Bounding Volume Hierarchy (Karras 2012a) är den, över lag, mest lämpade för användande inom interaktiva applikationer. Den andra algoritmen (Wald 2007) kan lämpa sig väl inom områden då ett stort antal strålar skall emitteras i en scen med låg geometrisk komplexitet. / <p>Det finns övrigt digitalt material (t.ex. film-, bild- eller ljudfiler) eller modeller/artefakter tillhörande examensarbetet som ska skickas till arkivet.</p>

Background. Ray tracing is a tool that can be used to increase the quality of the graphics in games. One application in graphics that ray tracing excels in is generating shadows because ray tracing can simulate how shadows are generated in real life more accurately than rasterization techniques can. With the release of GPUs with hardware support for ray tracing, it can now be used in real-time graphics applications to some extent. However, it is still a computationally heavy task requiring performance improvements. Objectives. This thesis will evaluate the difference in performance of three raytracing methods in DXR Tier 1.1, namely dynamic ray tracing and two forms of inline ray tracing. To further investigate the ray-tracing performance, soft shadows will be implemented to see if the driver can perform optimizations differently (depending on the choice of ray-tracing method) on the subsequent and/or preceding API interactions. With the pipelines implemented, benchmarks will be performed using different GPUs, scenes, and a varying amount of shadow-casting lights. Methods. The scientific method is based on an experimental approach, using both implementation and performance tests. The experimental approach will begin by extending an in-house DirectX 12 renderer. The extension includes ray-tracing functionality, so that hard shadows can be generated using both dynamic- and the inline forms ray tracing. Afterwards, soft shadows are generated by implementing a state-of-the-art-denoiser with some modifications, which will be added to each ray-tracing method. Finally, the renderer is used to perform benchmarks of various scenes with varying amounts of shadow-casting lights and object complexity to cover a broad area of scenarios that could occur in a game and/or in other similar applications. Results and Conclusions. The results gathered in this experiment suggest that under the experimental conditions of the chosen scenes, objects, and number of lights, AMD’s GPUs were faster in performance when using dynamic ray tracing than using inline ray tracing, whilst Nvidia’s GPUs were faster when using inline ray tracing compared to when using dynamic ray tracing. Also, with an increasing amount of shadow-casting lights, the choice of ray-tracing method had low to no impact except for linearly increasing the execution time in each test. Finally, adding soft shadows(subsequent and preceding API interactions) also had low to no relative impact on the results depending on the different ray-tracing methods. / Bakgrund. Strålspårning (ray tracing) är ett verktyg som kan användas för att öka kvalitén på grafiken i spel. En tillämpning i grafik som strålspårning utmärker sig i är när skuggor ska skapas eftersom att strålspårning lättare kan simulera hur skuggor skapas i verkligheten, vilket tidigare tekniker i rasterisering inte hade möjlighet för. Med ny hårdvara där det finns support för strålspårning inbyggt i grafikkorten finns det nu möjligheter att använda strålspårning i realtids-applikationer inom vissa gränser. Det är fortfarande tunga beräkningar som behöver slutföras och det är därav att det finns behov av förbättringar.  Syfte. Denna uppsats kommer att utvärdera skillnaderna i prestanda mellan tre olika strålspårningsmetoder i DXR nivå 1.1, nämligen dynamisk strålspårning och två olika former av inline strålspårning. För att ge en bredare utredning på prestandan mellan strålspårningsmetoderna kommer mjuka skuggor att implementeras för att se om drivrutinen kan göra olika optimiseringar (beroende på valet av strålspårningsmetod) på de efterföljande och/eller föregående API anropen. Efter att dessa rörledningar (pipelines) är implementerade kommer prestandatester att utföras med olika grafikkort, scener, och antal ljus som kastar skuggor. Metod. Den vetenskapliga metoden är baserat på ett experimentellt tillvägagångssätt, som kommer innehålla både ett experiment och ett flertal prestandatester. Det experimentella tillvägagångssättet kommer att börja med att utöka en egenskapad DirectX 12 renderare. Utökningen kommer tillföra ny funktionalitet för att kunna hantera strålspårning så att hårda skuggor ska kunna genereras med både dynamisk och de olika formerna av inline strålspårning. Efter det kommer mjuka skuggor att skapas genom att implementera en väletablerad avbrusningsteknik med några modifikationer, vilket kommer att bli tillagt på varje strålspårningssteg. Till slut kommer olika prestandatester att mätas med olika grafikkort, olika antal ljus, och olika scener för att täcka olika scenarion som skulle kunna uppstå i ett spel och/eller i andra liknande applikationer.  Resultat och Slutsatser. De resultat från testerna i detta experiment påvisar att under dessa förutsättningar så är AMD’s grafikkort snabbare på dynamisk strålspårning än på inline strålspårning, samtidigt som Nvidias grafikkort är snabbare på inline strålspårning än på den dynamiska varianten. Ökandet av ljus som kastar skuggor påvisade låg till ingen förändring förutom ett linjärt ökande av exekveringstiden i de flesta testerna. Slutligen så visade det sig även att tillägget av mjuka skuggor (efterföljande och föregående API interaktioner) hade låg till ingen påverkan på valet av strålspårningsmetod.

The demand for high data rates communication and scarcity of spectrum in existing microwave bands has been the key aspect in 5G. To fulfill these demands, the millimeter wave (mmWave) with large bandwidths has been proposed to enhance the efficiency and the stability of the 5G network. In mmWave communication, the concentration of the transmission signal from the antenna is conducted by beamforming and beam tracking. However, state-of-art methods in beam tracking lead to high resource consumption. To address this problem, we develop 2 machine-learning-based solutions for overhead reduction. In this paper, a scenario configuration simulator is proposed as the data collection approach. Several LSTM based time series prediction models are trained for experiments. Since the overhead is reduced by decreasing the number of sweeping beams in solutions, multiple data imputation methods are proposed to improve the performance of the solution. These methods are based on Multiple Imputation by Chained Equations (MICE) and generative adversarial networks. Both qualitative and quantitative experimental results on several types of datasets demonstrate the efficacy of our solution. / Efterfrågan på hög datahastighetskommunikation och brist på spektrum i befintliga mikrovågsband har varit nyckelaspekten i 5G. För att uppfylla dessa krav har millimetervåg (mmWave) med stora bandbredder föreslagits för att förbättra effektiviteten och stabiliteten i 5G-nätverket. I mmWavekommunikation utförs koncentrationen av överföringssignalen från antennen genom strålformning och strålspårning. Toppmoderna metoder inom strålspårning leder dock till hög resursförbrukning. För att lösa detta problem utvecklar vi två maskininlärningsbaserade lösningar för reduktion av omkostnader. I det här dokumentet föreslås en scenariokonfigurationssimulator som datainsamlingsmetod. Flera LSTM-baserade modeller för förutsägelse av tidsserier tränas för experiment. Eftersom omkostnaderna reduceras genom att minska svepstrålarna i lösningar föreslås flera datainputeringsmetoder för att förbättra lösningens prestanda. Dessa metoder är baserade på Multipel Imputation by Chained Equations (MICE) och generativa kontroversiella nätverk. Både kvalitativa och kvantitativa experimentella resultat på flera typer av datamängder visar effektiviteten i vår lösning.

Inom mobilnät är 5G den senaste standarden och förväntas ge möjlighet för nya applikationer och tillämpningar. Den trådlösa kommunikationen för 5G har stor spridning av tillgängliga frekvenser. En utmaning är att de högre frekvenserna, som erbjuder bäst kapacitet, har en kort räckvidd. Detta kan hanteras genom att placera fler anslutningspunkter med korta avstånd. Vanligtvis behöver en person vara på plats för att testa placering av anslutningspunkter på ett sådant sätt att minimal blockering av radiosignaler förekommer. Detta kan vara både kostsamt och tidskrävande. Detta projekt har som mål att utveckla ett strålspårningsprogram för att simulera och visualisera hur en stråle påverkas vid kollision med olika material när den skickas från en anslutningspunkt/sändare till en mottagare. Strålspårningsprogrammet visualiserar i grafikmotorn Unity och simuleringen görs i en strålspårningsmotor baserad på strålspårnings-API:et OptiX. För att uppnå detta mål utfördes undersökning och komplettering av tidigare arbeten, tekniska inklusive teoretiska studier av strålspårnings- och materialinteraktion.Resultatet av arbetet är ett strålspårningsprogram där påverkan på en stråles rörelse vid reflektion och brytning mot objekt med vissa material kan beräknas, som kan användas för att avgöra möjligheten att etablera en anslutning vilket sedan kan visualiseras i Unity. / Within mobile networks, 5G is the latest standard and has a wide range of available frequencies, where a disadvantage of the higher frequencies is that the range is short. This can be counteracted by placing more connection points with short distances between them. Placement of connection points usually requires a person to be on site to test placements, to ensure minimal blocking of radio signals in an area, which can be both costly and time-consuming. This project aims to develop a ray tracing program to visualize how a ray is affected when colliding with different materials when it is sent from a connection point/transmitter to a receiver. This is visualized in the Unity graphics engine, and the simulation is done in a ray tracing engine based on the ray tracing API OptiX. To achieve this goal, previous works were investigated, and technical and theoretical studies of ray tracing and material interaction were conducted. In addition, different software programs relevant to the project were evaluated, including OptiX and Unity. The result of this work is a ray tracing program where the impact on a beam's movement when reflecting and refracting against objects with certain materials can be calculated, which can be used to determine if a connection can be established, and visualization of this can be done in Unity.

Ray tracing comes together with a tremendous computational cost [1]. Therefore, Keller et al., expressed that possible cost reduction appears when a hybrid rendering pipeline is implemented by combining rasterization and ray tracing, which have already been introduced to the film and game industries. Such a rendering method within Grand Strategy Games (GSG) has been an unexplored task. The standard rendering method of GSG has been rasterization. Implementing hybrid rendering for GSG would allow this niche to follow the continuously developing rendering techniques. Therefore, this thesis examined the advantages and disadvantages of hybrid rendering compared to a path traced pipeline. The study measured different camera angles applied to three GSG-inspired scenes by rendering time and quality according to pixelby-pixel comparison focusing on effects like shadows and reflections. Closeup images have been taken on the rendered scenes to evaluate interesting pieces in the scenes. Steady time performance for all angles was the significant advantage of the hybrid pipeline. The angles at lower grades resulted in an increased difference in shadows and reflections for two out of three scenes. Additionally, the entire pixel-by-pixel comparison did not generate more than ten percent difference for any scene and not more than twelve percent difference on closeup images. Still, differences were noticeable to the eye since the path tracer was superior for developing sharp shadows. The hybrid pipeline generated a massive reflection compared to the path tracer. Since the path tracer was defined as the ground truth, this quantity of reflections was not considered positive. The thesis concludes that a simple hybrid rendering pipeline could be an exciting future for GSG, especially for angles above 67.25◦ . Additionally, improving the sharpness of the shadows for the hybrid rendering pipeline could increase the interest in hybrid rendering for GSG even at angles below 67.25◦ . Some interesting future work is rendering advanced 3D map-based GSG scenes, including more shadows and reflections. Another suggestion is a qualitative analysis of users playing a game with the two rendering pipelines before attending a user study about their possible improved graphical experience and how the game experience has been affected. / Strålspårning kommer tillsammans med en stor beräkningskostnad [1]. Därför har Keller m.fl. uttryckt att kostnaderna kan reduceras genom att implementera en hybridrenderingsmetod baserad på en kombination av rastrering och strålspårning, vilket redan har introducerats till film- och spelindustrin. En sådan renderingsmetod inom Grand Strategy Games (GSG) har dock varit ett outforskat område. Standard renderingsmetoden för GSG har varit rastrering. Implementering av hybridrendering för GSG skulle tillåta denna nisch att följa de ständigt utvecklande renderingsteknikerna. Därför undersöker denna avhandling fördelarna och nackdelarna med hybridrendering jämfört med en renderingspipeline baserad på strålspårning. Studien har mätt olika kameravinklar applicerade på GSG-inspirerade scener mätt med renderingstid och kvalitet enligt pixel-för-pixel-jämförelse och med fokus på effekter som skuggor och reflektioner. Närbilder har tagits på de renderade scenerna för att utvärdera intressanta delar i scenerna. Stabil tidprestanda av samtliga vinklar var den betydande fördelen med hybridpipelinen. Vinklarna vid lägre grader resulterade i ökad differens av skuggor och reflektioner för två av tre scener. Dessutom resulterade hela pixeljämförelsen inte mer än tio procents skillnad för någon av scenerna och inte mer än tolv procents skillnad på närbilderna. Ändå var skillnaderna märkbara för ögat eftersom strålspårningen var överlägsen för att generera skarpa skuggor. Hybridlösningen genererade en stor andel reflektion jämfört med strålspårningen. Eftersom strålspårningen definierades som målbilden var denna mängd reflektioner inte positiva. Avhandlingen drar slutsatsen att en enkel hybridmetod kan vara en spännande framtid för GSG, speciellt för vinklar över 67,25◦ . Dessutom kan en förbättring av skärpan på skuggorna för hybridrenderingen öka intresset för hybridrendering för GSG även vid vinklar under 67,25◦ . Intressanta framtida arbeten är rendering av avancerade GSG scener, som inkluderar fler skuggor och reflektioner. Ett till förslag är kvalitativ analys av användare som spelar ett spel med de två renderingsmetoder följt av användarstudie om deras möjliga förbättrade grafiska upplevelse och om spelupplevelsen har drabbats.

Den 5:e generationens mobilnätverk, som utlovat en ökning av bland annat tillgänglighet i förhållande till tidigare nätverksgenerationer, befinner sig just nu i en global pågående lanseringsfas. Lanseringen av 5G-nätet är tänkt att öppna möjligheter för ett stort antal nya användningsområden. Däribland återfinns IoT och kritisk kommunikation inom områden såsom medicinska processer och självkörande bilar för vilka tillgänglighet kommer att vara en viktig faktor. Ett relativt vanligt problem som kan uppstå i och med trådlös uppkoppling är radioskugga, vilket är områden med väldigt låg eller ingen signalnivå. Raydio (som projektet heter) bygger på att använda en relativt ny teknologi för att kunna skapa ett hjälpmedel som ska kunna användas för att utvärdera tillgänglighet för den 5:e generationens mobilnätverks radiovågor. Teknologin som används är strålspårning i realtid. Strålspårningstekniken ska användas till att simulera radiovågor i en grafisk miljö för att kunna hitta områden som saknar täckning, för att sedan kunna ge en grafisk bild av hur det skulle kunna åtgärdas. Resultatet av projektet är ett koncepttest som visar på hur strålspårning kan användas i spelmotorn Unity med hjälp av NVIDIA OptiX strålspårnings-API, och där en början på ett plugin har utformats. / The 5th generation mobile network, which has promised an increase in accessibility compared to its predecessors, is currently in a global launch phase. The launch of the 5G network is intended to open up the possibility of a whole range of new areas of use. Among those are IoT and critical communication in areas such as medical processesand self-driving cars for which accessibility will be an important factor. A relatively common problem that can occur with wireless connection are black spots, which are areas with very low or no signal level. Raydio (as the project is called) is based on using a relatively new technology to be able to create an aid that can be used to evaluate the availability of radio waves for the 5th generation mobile network. The technology to be used is real-time ray tracing. Ray tracing technology will be used to simulate radiowaves in a graphical environment in order to find areas that lacks signal coverage in order to be able to provide a graphical representation of how it could be remedied. The result of the project is a proof of concept using ray tracing in the game engine Unity by using the NVIDIA OptiX ray tracing API, where a basic implementation of a plugin has been designed.

Background. Ray tracing can be used to achieve hyper-realistic 3D rendering but it is a computationally heavy task. Since hardware support for real-time ray tracing was released, the game industry has been introducing this feature into games. However, even modern hardware still experience performance issues when implementing common rendering techniques with ray tracing. One of these problematic techniques is alpha testing. Objectives. The thesis will investigate the following: 1) How the texture format of the alpha map and the number of alpha maps affect the rendering times. 2) How tessellation of the alpha tested geometry affects the performance and if tessellation has the potential to fully replace the alpha test from a performance perspective. Methods. A DXR 3D renderer will be implemented capable of rendering alpha tested geometry using an any-hit shader. The renderer was used to conduct a computational performance benchmark of the rendering times while varying texture and geometry data. Two alpha tested tree models were tessellated to various levels and their related textures were converted into multiple formats that could be used for the test scenes. Results &amp; Conclusions. When the texture formats BC7, R(1xfloat32), and BC4 were used for the alpha map, the rendering times decreased in all cases, relative RGBA(4xfloat32). BC4 showed to give the best performance gain, decreasing the rendering times with up to 17% using one alpha map per model and up to 43% using eight alpha maps. When increasing the number of alpha maps used per model the rendering times increased with up to 52% when going from one alpha map to two. A large increase in rendering times was observed when going from three to four alpha maps in all cases. Using alpha testing on the tessellated model versions increased the rendering times in most cases, at most 135%. A decrease of up to 8% was however observed when the models were tessellated a certain amount. Turning off alpha testing gave a significant decrease in rendering allowing higher tessellated versions to be rendered for all models. In one case, while increasing the number of triangles with a factor of 78 the rendering times were still decreased by 30% relative to the original alpha test implementation. This suggests that pre-tessellated models could potentially be used to replace alpha tessellated geometry when performance is highly required. / Bakgrund. Strålspårning(Ray tracing) kan användas för att uppnå hyperrealistisk 3D-rendering, men det är en mycket tung beräkningsuppgift. Sedan hårdvarustöd för att utföra strålspårning i realtid lanserades har spelindustrin introducerat funktionen i spel. Trots modern hårdvara upplevers fortfarande prestandaproblem när vanliga renderingstekniker kombineras med strålspårning. En av dessa problematiska tekniker är alfa-testning(alpha testing). Syfte. Denna avhandling kommer att undersöka följande: 1) Hur texturformatet på alfamasken(alpha map) och hur antalet alfamaskar påverkar renderingstiderna. 2) På vilket sätt tesselering av den alfa-testade geometrin påverkar prestandan och om tesselering har potentialen att ersätta alfa-testet helt ur ett prestandaperspektiv. Metod. En DXR 3D-renderare kommer att implementeras som kan rendera alfatestad geometri med hjälp av en “Any-hit” shader. Renderaren användes för att mäta och jämföra renderingstider givet varierande textur- och geometri-data. Två alfaprövade trädmodeller tesselaterades till olika nivåer och deras relaterade texturer konverterades till fyra format som användes i testscenerna. Resultat &amp; Slutsatser. När texturformaten BC7, R(1xfloat32) och BC4 användes för alfamasken visade alla en minskad renderingstid relativ RGBA (4xfloat32). BC4 gav bästa prestandaökningen och minskade renderingstiden med upp till 17% med en alfamask per modell och upp till 43% med åtta alfamasker. När antalet alfamasker som användes per modell ökade renderingstiderna med upp till 52% när alfamaskerna ökade från en till två. En stor ökning av renderingstiden observerades när alfamaskerna gick från tre till fyra i alla testfall. När alfatestning användes på de tesselerade modellversionerna ökade renderingstiderna i de flesta fall, som högst 135%. En minskning på upp till 8% observerades emellertid när modellerna tesselaterades till en viss grad. Att stänga av alfatestning gav en signifikant ökning av prestandan, vilket tillät högre tesselerade versioner att renderas för alla modeller. Samtidigt som antalet trianglar ökade med en faktor på 78, i ett av fallen, minskades renderingstiden med 30%. Detta antyder att förtesselerade modeller potentiellt kan användas för att ersätta alfatestad geometri när prestanda är ett högt krav.

Background. Hardware-accelerated ray tracing has enabled ray traced reflections for real-time applications such as games. However, the number of rays traced each frame must be kept low to achieve expected frame rates. Therefore, techniques such as rendering the reflections at quarter resolution are used to limit the number of rays traced each frame. The new hardware features inline ray tracing, and hardware variable rate shading (VRS) could be combined to limit the rays even further. Objectives. The first goal is to use hardware VRS to limit the number of rays even further than rendering the reflections at quarter resolution, while maintaining the visual quality in the final rendered image. The second goal is to determine if inline ray tracing provides better performance than using ray generation shaders. Methods. Experiments are performed on a ray traced reflections pipeline using different techniques to generate rays. The techniques use inline ray tracing, inline ray tracing combined with VRS, and ray generation shaders. These are compared and evaluated using performance tests and the image evaluator \FLIP. Results. The results show that limiting the number of rays with hardware VRS result in a performance increase. The difference in visual quality between using inline ray tracing with VRS and previous techniques remain comparable. The performance tests show that inline ray tracing performs worse than ray generation shaders with increased scene complexity. Conclusions. The conclusion is that hardware VRS can be used to limit the number of rays and achieve better performance while visual quality remain comparable to previous techniques. Inline ray tracing does not perform better than ray generation shaders for workloads similar to ray traced reflections. / Bakgrund. Hårdvaruaccelererad strålspårning har möjliggjort strålspårade reflektioner för realtidsapplikationer såsom spel. Däremot måste antalet strålar som spåras hållas lågt för att förväntade bildfrekvenser ska uppnås. Därför används renderings-tekniker som att rendera reflektioner i en fjärdedels upplösning för att begränsa mängden strålar. De nya teknikerna inline strålspårning och hårdvarubaserad variable rate shading (VRS) kan användas för att minska antalet strålar ytterliggare. Syfte. Det första målet är att använda hårdvarubaserad VRS för att minska antalet strålar ytterligare jämfört med att rendera reflektioner i en fjärdedels upplösning, men samtidigt upprätthålla den visuella kvalitén. Det andra målet är att avgöra om inline strålspårning ger bättre prestanda än att använda strålgenererings shaders för reflektioner. Metod. För att svara på forskningsfrågorna ufördes experiment på en strålspårad reflektionspipeline med olika tekniker för att generera strålar. Teknikerna som testas är inline strålspårning, inline strålspårning kombinerat med VRS, samt strålgenererings shaders. Dessa jämförs och evalueras med prestandatester och bild-evaulatorn \FLIP. Resultat. Resultaten visar att minska mängden strålar med hårdvarubaserad VRS resulterar i en prestandaökning. Skillnaden i visuell kvalité mellan inline strålspårning kombinerat med VRS och tidigare tekniker är jämförbara. Prestandatesterna visar att inline strålspårning presterar värre än strålgenererings shaders vid ökad scenkomplexitet. Slutsatser. Slutsatsen är att hårdvarubaserad VRS kan användas för att minska antalet strålar och resultera i bättre prestanda, medan den visuella kvalitén är jämförbar med tidigare tekniker. Inline strålspårning ger inte bättre prestanda än strålgenererings shaders vid strålspårade reflektioner och liknande arbetsbelastning.

Background. The real-time renderers used in video games and similar graphics applications do not model the polarization aspect of light. Polarization parameters have previously been incorporated in some offline ray-traced renderers to simulate polarizing filters and various optical effects. As ray tracing is becoming more and more prevalent in real-time renderers, these polarization techniques could potentially be used to simulate polarization and its optical effects in real-time applications as well. Objectives. This thesis aims to determine if an existing polarization technique from offline renderers is, from a performance standpoint, viable to use in real-time ray-traced applications to simulate polarizing filters, or if further optimizations and simplifications would be needed. Methods. Three ray-traced renderers were implemented using the DirectX RayTracing API: one polarization-less Baseline version; one Polarization version using an existing polarization technique; and one optimized Hybrid version, which is a combination of the other two. Their performance was measured and compared in terms of frametimes and VRAM usage in three different scenes and with five different ray counts. Results. The Polarization renderer is ca. 30% slower than the Baseline in the two more complex scenes, and the Hybrid version is around 5–15% slower than the Baseline in all tested scenes. The VRAM usage of the Polarization version was higher than the Baseline one in the tests with higher ray counts, but only by negligible amounts. Conclusions.  The Hybrid version has the potential to be used in real-time applications where high frame rates are important, but not paramount (such as the commonly featured photo modes in video games). The performance impact of the Polarization renderer's implementation is greater, but it could potentially be used as well. Due to limitations in the measurement process and the scale of the test application, no conclusions could be made about the implementations' impact on VRAM usage. / Bakgrund. Realtidsrenderarna som används i videospel och liknande grafikapplikationer simulerar inte ljusets polarisering. Polariseringsinformation har tidigare implementerats i vissa stålföljningsbaserade (ray-traced) offline-renderare för att simulera polariseringsfilter och diverse optiska effekter. Eftersom strålföljning har blivit allt vanligare i realtidsrenderare så kan dessa polariseringstekniker potentiellt också användas för att simulera polarisering och dess optiska effekter i sådana program. Syfte. Syftet med denna rapport är att avgöra om en befintlig polariseringsteknik från offline-renderare, från en prestandasynpunkt, är lämplig att använda för att simulera polariseringsfilter i stålföljningsbaserade realtidsapplikationer, eller om ytterligare optimeringar och förenklingar behövs. Metod. DirectX RayTracing API:et har använts för att implementera tre stålföljningsbaserade realtidsrenderare: en polarisationsfri Baseline-version; en Polarization-version med en befintlig polariseringsteknik; och en optimerad Hybrid-version, som är en kombination av de andra två. Deras prestanda mättes och jämfördes med avseende på frametime och VRAM-användning i tre olika scener och med fem olika antal strålar per pixel. Resultat. Polarization-versionen är ca 30% långsammare än Baseline-versionen i de två mest komplexa scenerna, och Hybrid-versionen är ca 5–15% långsammare än Baseline-versionen i alla testade scener. Polarization-versionens VRAM-användningen var högre än Baseline-versions i testerna med högre strålantal, men endast med försumbara mängder. Slutsatser. Hybrid-versionen har potential att användas i realtidsapplikationer där höga bildhastigheter är viktiga, men inte absolut nödvändiga (exempelvis de vanligt förekommande fotolägena i videospel). Polarization-versionens implementation hade sämre prestanda, men även den skulle potentiellt kunna användas i sådana applikationer. På grund av mätprocessens begränsningar och testapplikationens omfattning så kunde inga slutsatser dras gällande implementeringarnas påverkan på VRAM-användning.

Recently, new hardware capabilities in GPUs has opened the possibility of ray tracing in real-time at interactive framerates. These new capabilities can be used for a range of ray tracing techniques - the focus of this thesis is on ray traced ambient occlusion (RTAO). This thesis evaluates real-time ray RTAO by comparing it with ground- truth ambient occlusion (GTAO), a state-of-the-art screen space ambient occlusion (SSAO) method. A contribution by this thesis is that the evaluation is made in scenarios that includes animated objects, both rigid-body animations and skinning animations. This approach has some advantages: it can emphasise visual artefacts that arise due to objects moving and animating. Furthermore, it makes the performance tests better approximate real-world applications such as video games and interactive visualisations. This is particularly true for RTAO, which gets more expensive as the number of objects in a scene increases and have additional costs from managing the ray tracing acceleration structures. The ambient occlusion methods are evaluated in terms of image quality and performance. Image quality is assessed using structural similarity index (SSIM) and through visual inspection. The performance is assessed by measuring computation time, in milliseconds. This thesis shows that the image quality of RTAOis a substantial improvement over GTAO, being close to offline rendering quality. The primary visual issue with RTAO is visible noise - especially noticeable around the contours of moving objects. Nevertheless, GTAO is very competitive due to its performance, the computation time for all GTAO tests were below one ms per frame. At 1080p full-resolution GTAO was computed in 0.3883 ms on a RTX 3070 GPU. In contrast, the computation time of RTAO at 1080p and two samples per pixels were 2.253 ms. The cost of updating and rebuilding ray tracing acceleration structures were also noteworthy. Overall, the results indicate that hardware accelerated ray tracing can be used for significant improvements in image quality but adoption of this technique is not trivial due to performance concerns. / Med hårdvaruaccelererad strålspårning på grafikkort som introducerades nyligen möjliggjordes flera strålspårningsbaserade tekniker för rendering i realtid. Detta examensarbete undersöker en sådan teknik - strålspårad ambient ocklusion (engelska: ray traced ambient occlusion (RTAO)). RTAO undersöks och utvärderas för användning i realtidsapplikationer genom en jämförelse med en ambient-ocklusionsmetod som beräknas i bildrummet (screen space ambient occlusion (SSAO)) kallad ground-truth ambient occlusion (GTAO). Detta examensarbete bidrar genom att utvärdera metoderna i testscenarion som inkluderar animerade objekt. Detta medför ett antal fördelar: utvärderingen kan betona visuella artefakter som kan uppstå när objekt rör sig och animeras. Vidare gör det att prestandatesterna kan inkludera kostnader som tillkommer när scener innehåller animerade objekt - detta är särskilt betydande för RTAO som blir dyrare att beräkna när antalet objekt stiger samt har ytterligare kostnader för att uppdatera datastrukturer som används för att accelerera strålspårningen. På så vis närmar sig testscenarion en bred kategori av applikationer som använder rendering i realtid, exempelvis spel och interaktiva visualiseringar. Utvärderingen sker på uppnådd bildkvalité samt metodernas prestanda. Bildkvalitén utvärderas genom structural similarity index (SSIM) samt visuellinspektion. Prestandan utvärderas genom att mäta beräkningstiden i millisekunder. Resultaten visar att RTAOs bildkvalité är tydligt överlägsen GTAO och närmar sig de resultat som uppnås genom förrendering. Det primära problemet med RTAOs bildkvalité är förekomsten av visuellt brus. Detta är extra tydligt runt konturerna på de objekt som är animerade och förflyttar sig. Hursomhelst är GTAO attraktivt då denna metod kan beräknas betydligt snabbare än RTAO. Samtliga GTAOs prestandatester visade på beräkningstider under en millisekund. Vid en upplösning på 1080p med två prov per pixel (samples per pixel) var beräkningstiden för RTAO 2,253 ms. Kostnaden för att uppdatera datastrukturerna för strålspårningen visade sig också vara betydlig i många tester. Sammantaget indikerar resultaten att hårdvaruaccelererad strålspårning kan resultera i en signifikant förbättring av bildkvalité men att det kan innebära en kostnad som kräver betänklighet.