Realistická simulace komplexních materiálů

Abstract

Cílem této práce je simulace a vykreslování komplexních materiálů ze skutečného světa, jakými jsou např. kapaliny, plyny, vosk atd. Tyto komplexní materiály jsou často označovány jako zúčastněná média. U této simulace je kladen důraz na fyzikální věrohodnost a zároveň výpočetní efektivitu. Implementace využívá metody sledování cest pro co nejrealističtější výsledky. V rámci této metody jsou světelné interakce řešeny pomocí BSSRDF a všechny výpočty jsou vysoce paralelizovány na GPU s pomocí rozhraní Vulkan. Za pomoci těchto postupů je možné věrně simulovat široké spektrum materiálů na základě jejich optických vlastností. Výsledný program je možné využít k věrohodné simulaci komplexního světelného přenosu, ať už pro vzdělávací či vědecké účely, nebo pro vizuální požitek.The aim of this paper is to simulate and render complex real world materials (liquids, gases, wax and other materials), often referred to as participating media. The priorities of this simulation are both physical plausibility and computational efficiency. The simulation is implemented using a path tracer for results as close to photorealism as possible. Inside the path tracer, light interactions are handled using BSSRDF and all the calculations are highly parallelized using GPU and Vulkan API. Using these techniques, a wide range of materials can be accurately simulated based purely on their measured light scattering properties. The output of this work can be used to plausibly simulate complex light transport across different scenes and materials, either for scientific reasons or for visual entertainment.