Vergleich aktueller Screen-Space Ambient Occlusion Verfahren

  • In der Computergrafik werden Objekte der realen Welt vereinfacht im Computer abgebildet. Ein Teilbereich der Computergrafik beschäftigt sich mit der Berechnung von Schatten. Dabei wird zwischen direkten Schatten, die durch lichtundurchlässige Objekte zwischen der Lichtquelle und weiteren Objekten der Szene entstehen und indirekten Schatten, die durch die Verdeckung von ambienten und reflektierten Licht entstehen, unterschieden. Ein nicht echtzeitfähiges Verfahren, mit dem die Verdeckung von ambientem Licht berechnet werden kann, ist Ambient Occlusion (AO). Diese Arbeit beschäftigt sich mit der echtzeitfähigen Berechnung einer Approximation von AO. Bis dato wurden mehrere Algorithmen vorgestellt, welche die aufwändige Berechnung von AO approximieren, indem die Berechnung im Screen-Space erfolgt. Durch diese Vereinfachung kann AO in Echtzeit berechnet werden. Zum Einen vergleicht diese Arbeit die Algorithmen Screen-Space AO (SSAO), Volumetric Obscurance (VO) und Image-Space Horizon-Based AO (HBAO) anhand der visuellen Qualität und der Performanz. Zum Anderen wurde untersucht, ob die Tiefenkarte aus Sicht der Kamera durch eine Tiefenkarte aus Sicht der Lichtquelle, wie sie zur Berechnung beim Shadow-Mapping verwendet wird, ersetzt werden kann. Abschließend soll die visuelle Qualität von SSAO verbessert werden. Bei der Berechnung von AO im Screen-Space hängt die Qualität des Ergebnisses vom gewählten Sample-Radius ab. Es soll untersucht werden, ob die Anpassung des Sample-Radius die Qualität von SSAO steigern kann. Im Vergleich zeigt sich, dass VO und HBAO qualitativ wesentlich besser als SSAO sind und dabei eine vergleichbare Performanz aufweisen. VO ist dabei performanter, aber wegen der offline Sample-Generierung auch unflexibler. Bei HBAO kann die Sample-Anzahl und damit die resultierende Qualität beliebig durch Parameter gesteuert werden. Die Berechnung von SSAO nur auf Basis der Tiefenkarte aus Sicht der Lichtquelle bringt Probleme mit sich, kann jedoch in speziellen Situationen funktionieren. Diese Arbeit stellt einen neuen Algorithmus vor, durch den der SSAO Sample-Radius dynamisch skaliert werden kann. VO kann für Anwendungen verwendet werden, die speziell auf Performanz optimiert sind, während die Stärke von HBAO in der flexiblen Konfiguration für verschiedenste Grafikkarten liegt. Des weiteren kann die Tiefenkarte aus Sicht der Kamera nicht komplett durch diejenige aus der Sicht der Lichtquelle ersetzt werden. Die resultierenden Probleme sind unverhältnismäsig hoch, wenn man in Betracht zieht, dass das Erzeugen der Tiefenkarte weniger Zeit in Anspruch nimmt als das Berechnen des SSAO-Wertes. Es konnte gezeigt werden, dass durch die dynamische Skalierung des Sample-Radius mehr Details einer Szene berechnet werden können.
  • Computer graphics display an approximation of real world objects within a computer. One part of computer grafics accounts rendering shadows in real-time. One distincts between direct shadows, that are cast by occluders between a light source and another object within a scene and indirect shadows, that occur due to occluding ambient and reflected light. One technique that calculates the occlusion of ambient light is called Ambient Occlusion (AO). It is not real-time capable. This thesis covers real-time rendering an approximation of Ambient Occlusion (AO). So far multiple algorithms have been introduced, that calculate an approximation of AO in real-time using the Screen-Space. On the one hand this thesis compares the algorithms Screen-Space Ambient Occlusion (SSAO), Volumetric Obscurance (VO) and Image- Space Horizon-Based Ambient Occlusion (AO) by means of quality and performance. On the other hand we tried to replace the depthmap, that is beeing used to calculate the SSAO algorithms and that is rendered from the cameras perspective, with the depth-map that is used in shadow-mapping and rendered from the lights perspective. In addition we try to improve the visual quality of SSAO, that is is dependent on the selected sample radius. We examine if changing the sample radius may result in a higher quality SSAO. Comparing the SSAO algorithms yields, that VO and HBAO are much better than SSAO in terms of quality with a comparable performance. VO is more performant, but unflexible because of the neccessary offline sample generation. HBAO is able to vary the number of samples and the resulting quality via shader parameters. Replacing the depth-map in SSAO with the one that is beeing used in shadow mapping introduced new problems, but could work in special situations. This thesis introduces an algorithm for dynamically scaling the SSAO sample radius. VO may be used for specialized applications that are optimised for perforamance. HBAO is fit for a broad range of hardware by making the sample count a shader parameter. Entirely replacing the depth map results in more problems than the performance gain, of not creating a depth map from the cameras perspective, could justify. The thesis successfully shows that it is possible to calculate more details by using a dynamic sample radius.

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Metadaten
Author:Rudolf Vocilka
URN:urn:nbn:de:bvb:m347-dtl-0000000215
Place of publication:Hochschule für angewandte Wissenschaften München
Referee:Alfred NischwitzORCiD
Advisor:Andreas Klein
Document Type:Bachelor Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2021/12/15
Year of first Publication:2013
Publishing Institution:Hochschule für angewandte Wissenschaften München
Granting Institution:Hochschule für angewandte Wissenschaften München
Date of final exam:2013/04/03
Release Date:2021/12/15
GND Keyword:ComputergrafikGND; EchtzeitverarbeitungGND; SchattenGND
Page Number:München
Departments and Institutes:Fakultäten der Hochschule München / FK 07 Fakultät für Informatik und Mathematik / Bachelorstudiengang Informatik
Dewey Decimal Classification:0 Informatik, Informationswissenschaft, allgemeine Werke / 00 Informatik, Wissen, Systeme / 004 Datenverarbeitung; Informatik
Illustrations:Illustration/en
Illustrations:grafische Darstellung/en
Licence (German):Keine CC-Lizenz, es gilt der Veröffentlichungsvertrag und das Deutsche Urheberrecht
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