Vykreslování podmořských scén

Abstract

Cílem této práce je vykreslení podvodních scén a světelných efektů typických pro takové scény interaktivně ve vysoké kvalitě. Práce se konkrétně zaměřuje na fyzikálně založené vykreslování oceanických vod, které mají komplexní a vysoce proměnlivé optické vlastnosti. Vykreslování takových prostředí vyžaduje simulaci simulaci rozptylu světla uvnitř vodního objemu. Byly důsledně prozkoumány relevantní metody pracující v reálném čase. Byla navrhnuta jednoduchá oceanická scéna, které se skládá z procedurálně generovaného terénu, vodního povrchu a atmosferického modelu. Byl navrhnut fyzikálně založený bio-optický model vodního objemu. Rozptyl prvního řádu je aproximován, tím, že jsou vykreslovány fyzikálně založené povrchové a volumetrické kaustiky, vznikající lomem světla skrze vodní povrch. Vícenásobný rozptyl je aproximován na základě vlastností takových vod. Navržené techniky byly implementovány. Scénu je možné vykreslit z pohledu nad i pod povrchem vody. Techniky vykreslují efekty vodního objemu v přijatelné kvalitě a interaktivity bylo dosaženo na GPU nižší třídy.The goal of this thesis is to render underwater scenes and lighting effects typical for such scenes in high quality at interactive frame rates. The focus is specifically on physically-based rendering of oceanic waters because of their complex and highly variable optical properties. Rendering such media requires a simulation of light scattering inside the water body. Relevant real-time methods are thoroughly investigated. A simple oceanic scene is designed that consist of a procedurally generated terrain, water surface and a atmospheric model. A physically-based bio-optical model of the water volume was proposed. Single scattering in the volume is approximated by explicitly rendering physically-based one-bounce surface and volume caustics. Multiple scattering is approximated by exploiting the properties of such waters. The proposed techniques were implemented. The scene can be rendered from above or below the water. The techniques render the effects in the water volume at acceptable quality, and interactive frame rates are obtained at lower-end GPU.