Análise comparativa de técnicas de iluminação global para síntese de imagens com realismo

Abstract

Resumo: A síntese de imagens com realismo é um assunto que vem sendo estudado e aprimorado ao longo de vários anos. Entretanto, as técnicas de iluminação global existentes ainda não são robustas o suficiente para lidar com as diferentes características das cenas tridimensionais. A aplicação dessas técnicas requer uma avaliação da cena que se deseja renderizar, a fim de identificar a abordagem mais adequada e ajustar os parâmetros disponíveis para a obtenção de imagens com alto grau de realismo. Este trabalho apresenta uma avaliação comparativa das técnicas de irradiance caching, path tracing e photon mapping, descrevendo algumas variações, ressaltando suas qualidades e discutindo a sua aplicação em cenas com diferentes características. Os resultados são analisados de forma qualitativa, por meio de inspeção visual das imagens geradas, e de forma quantitativa, por meio de uma métrica de erro com base em uma imagem de referência. As técnicas discutidas são implementadas e disponibilizadas como código livre e aberto, possibilitando a fácil reprodução dos experimentos realizados, bem como o desenvolvimento de novos trabalhos a partir do que foi implementado.

Abstract: Realistic image synthesis is a subject that has already been studied and improved for a long time already. However, the existent global illumination techniques are not yet robust enough to handle all the different tridimesional scene features. The usage of these techniques requires an evaluation of the scene to be rendered in order to identify the approach that better matches the available parameters to obtain images having a high level of realism. This research presents a comparative evaluation of irradiance caching, path tracing and photon mapping techniques, describing some variations, highlighting their qualities and discussing their application in different types of scenes. The results are analysed in a qualitative way through the visual inspection of the generated images, and in a quantitative way by using an error metric based on a reference image. The techniques discussed are implemented and made available as open source software, making the experiments easier to reproduce, as well as the development of new researches based on what was implemented.