Evrensel aydınlatmada kullanılan foton haritalama yönteminin paralelleştirilmesi
Parallelization of photon mapping technique used in global illumination
Yazar: YUSUF YAVUZ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. SÜLEYMAN TOSUN
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control
Dizin: Bilgisayar grafikleri = Computer graphics ; Paralel işlem = Parallel processing

Özet:
Işığı simüle ederek fotoğraf gerçekliğinde sahneler üretme işlemi, bilimsel görselleştirme, film endüstrisi, oyun endüstrisi ve mimari modelleme gibi birçok önemli sektörde geniş kullanım alanlarına sahip olmasından dolayı bilgisayar grafiğinde önemli bir yere sahiptir. Işın izleme, ısı transferi ve foton haritalama gibi evresel aydınlatma algoritmaları karmaşık hesapsal işlemler ve donanımsal kısıtlar nedeniyle hız konusunda sıkıntı çekmektedir. Bu tezde foton haritalama algoritmasına ait iş parçacıklarının işlem birimleri üzerinde dağıtılarak gerçekleme zamanının azaltılmasına yönelik paralelleştirilme yöntemleri ortaya konmuştur. Ayrıca, gerçekleme süresinin azaltılması amacıyla Hilbert sırası yakınsaması yöntemiyle komşu iş parçacıkları arasında benzer olanları sıralayıp gruplayarak gerçekleme süresini kısaltan bir sistem de tez kapsamında geliştirilmiştir. Sistem tarafından üretilen çıktılarda oluşan köşelenme sorununun çözülmesi ve görsel kalitesinin arttırılması amacıyla çok seviyeli dinamik yumuşatma algoritması geliştirilmiştir. Uygulama kısmında tek ve paralel işlemciler üzerinde çalışan, birçok geometri ve materyal özelliği ile kostik gibi simüle edilmesi zor özel efektleri de destekleyen bir gerçekleme motoru geliştirilmiştir. Sistem farklı özelliklere sahip birçok üç boyutlu sahne dosyası ile test edilerek ortaya konan performans değerleri detaylı bir biçimde analiz edilmiştir.

Abstract:
Simulating light behavior and photorealistic image synthesis plays a central role in computer graphics since it has a wide range of application areas such as scientific visualization, film industry, gaming and architectural modeling. Global illumination algorithms such as ray-tracing, radiosity and photon mapping suffer from speed because of complex computational operations and hardware limitations. In this thesis, a parallelization technique for the photon mapping algorithm has been developed to reduce the rendering time of the images by distributing the job over computing units. A new bucket rendering technique that uses the Hilbert order approximation has also been developed to sort and group the most correlated buckets in the frame buffer and to decrease the rendering time. To increase the visual quality of the output images, a multilevel dynamic anti-aliasing algorithm has been proposed to smooth the jagged edges caused by the bucket render. In the scope of this thesis a render engine that works on both single and parallel processors was implemented. Our render engine supports various geometry and material properties as well as hard-to-simulate visual effects such as caustics. System is tested with several three dimensional scene files to measure and analyze the performance of the system.